JP2002526354A - Method for producing carbon nanotubes as a functional element of a MEMS device - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 ＭＥＭＳデバイスの機能的要素としてのカーボンナノチューブを製造するためのシステムおよび方法。本発明の方法は、カーボンナノチューブの合成のためにＭＥＭＳ基板を調製する工程を包含する。ナノサイズ穴または触媒保持構造が、ナノチューブ触媒が析出されるＭＥＭＳ基板上に作製される。ナノチューブは次いで、ナノサイズ穴内にて合成される。   (57) [Summary] System and method for producing carbon nanotubes as a functional element of a MEMS device. The method of the present invention involves preparing a MEMS substrate for the synthesis of carbon nanotubes. Nano-sized holes or catalyst holding structures are created on the MEMS substrate on which the nanotube catalyst is deposited. Nanotubes are then synthesized in nano-sized holes.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【０００１】 （関連出願） 本出願は、１９９８年９月２８日に提出された米国仮出願第６０／１０２，１
５９号の権益を主張する。さらに、本出願は、Ｖｌａｄｉｍｉｒ Ｍａｎｃｅｖ
ｓｋｉの「Ｍｅｔｈｏｄ ｆｏｒ Ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ Ｃａｒｂｏｎ
Ｍａｎｏｔｕｂｅｓ」と題される１９９８年９月２８日に提出された先の米国
仮出願第６０／１０２，１５９号を参考として援用する。Related Application This application is related to US Provisional Application No. 60 / 102,1 filed Sep. 28, 1998.
Claims No. 59 interest. In addition, the present application provides a Vladimir Manev
ski “Method for Manufacturing Carbon”
No. 60 / 102,159, filed Sep. 28, 1998, entitled "Manotubes", is hereby incorporated by reference.

【０００２】 （発明の技術分野） 本発明は、一般に、カーボンナノチューブを製造するための方法、より具体的
には、ＭＥＭＳデバイスの機能性要素としてカーボンナノチューブを製造するた
めのシステムおよび方法に、関する。TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION [0002] The present invention relates generally to methods for producing carbon nanotubes, and more specifically, to systems and methods for producing carbon nanotubes as functional elements of MEMS devices. .

【０００３】 （発明の背景） ナノチューブを成長させる現存する方法は、個々の正確に配置された孔を作製
することができない。現存する方法は、均一に分布した孔のアレイを生成する方
法、従って、均一に分布されるカーボンナノチューブに依存する。BACKGROUND OF THE INVENTION [0003] Existing methods of growing nanotubes do not allow the creation of individual, precisely located holes. Existing methods rely on methods to produce an array of uniformly distributed holes, and therefore, uniformly distributed carbon nanotubes.

【０００４】 従って、正確に制御された配置での制御された形状、長さおよび配向を有する
カーボンナノチューブを成長させる方法が、極めて所望される。[0004] Accordingly, a method of growing carbon nanotubes having a controlled shape, length and orientation in a precisely controlled arrangement is highly desirable.

【０００５】 （発明の要旨） 本発明は、個々の整列されたカーボンナノチューブを、ＭＥＭＳデバイスの機
能性要素として作製するための方法を提供する。SUMMARY OF THE INVENTION The present invention provides a method for making individual aligned carbon nanotubes as functional elements of a MEMS device.

【０００６】 より具体的には、本発明は、カーボンナノチューブを、ＭＥＭＳデバイスの機
能性要素として製造するためのシステムおよび方法を提供する。本発明の方法は
、カーボンナノチューブの成長のためのＭＥＭＳ基板を調製する工程を包含する
。ナノサイズ孔またはナノサイズ触媒保持構造（ＮＣＲＳ）は、ＭＥＭＳ基板上
の層の中に作製され、この中にナノチューブ触媒が堆積される。次いで、ナノチ
ューブが、ＮＣＲＳ内で合成され、その後、必要ならば、この層は除去され得る
。[0006] More specifically, the present invention provides systems and methods for manufacturing carbon nanotubes as functional elements of MEMS devices. The method of the present invention includes preparing a MEMS substrate for growing carbon nanotubes. Nano-sized pores or nano-sized catalyst holding structures (NCRS) are created in layers on the MEMS substrate into which the nanotube catalyst is deposited. The nanotubes are then synthesized in NCRS, after which this layer can be removed if necessary.

【０００７】 本発明と関連する重要な革新は、ＭＥＭＳ基材上の少なくとも１つのカーボン
ナノチューブを、大規模製造に適したプロセスで製造することである。本発明に
よって提供される製造方法は、個々のカーボンナノチューブまたは個々のカーボ
ンナノチューブの集合が、機能性要素（単数または複数）またはデバイス（単数
または複数）として使用され得る、多くの他の適用への門戸を開く。[0007] An important innovation related to the present invention is to produce at least one carbon nanotube on a MEMS substrate in a process suitable for large-scale production. The manufacturing method provided by the present invention is suitable for many other applications where individual carbon nanotubes or collections of individual carbon nanotubes can be used as functional element (s) or device (s). Open the door.

【０００８】 本発明の技術的な利点は、本発明の方法が、成長の制御された形状、直径、壁
厚、長さ、配向および配置を有する整列されたカーボンナノチューブを生成する
ように設計されることである。A technical advantage of the present invention is that the method of the present invention is designed to produce aligned carbon nanotubes having a controlled shape, diameter, wall thickness, length, orientation and arrangement of growth. Is Rukoto.

【０００９】 本発明の別の技術的利点は、本発明の方法が、制御された長さ、配向、直径、
および配置を有するカーボンナノチューブためのテンプレートまたは細孔として
役立つ、正確な寸法および配置を有するＮＣＲＳの作製を可能にすることである
。この方法は、マイクロ電気機械製造システム（ＭＥＭＳ）作製プロセスと適合
するように実施され得る。[0009] Another technical advantage of the present invention is that the method of the present invention allows for controlled length, orientation, diameter,
And to enable the creation of NCRS with the correct dimensions and arrangement to serve as a template or pore for carbon nanotubes having the same. The method may be implemented to be compatible with a micro-electro-mechanical manufacturing system (MEMS) fabrication process.

【００１０】 本発明およびその利点のより完全な理解のために、ここで、添付の図に関連し
てなされる以下の説明に対して参照がなされ、これらの図中で、同様の参照番号
は、同様の特徴を示す。For a more complete understanding of the present invention and its advantages, reference is now made to the following description taken in conjunction with the accompanying drawings, in which like reference numerals are used. Exhibit similar features.

【００１１】 （発明の詳細な説明） 本発明の好ましい実施態様は図に示され、同様の数字が種々の図の同様なおよ
び対応する部品を指すために使用される。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION Preferred embodiments of the present invention are shown in the figures, wherein like numerals are used to refer to like and corresponding parts in the various figures.

【００１２】 本発明のナノサイズ孔作製のための方法は、その整列、直径、深さ、および配
置を制御する能力を有する個々のナノサイズ孔の作製を含む。[0012] The method for nanopore preparation of the present invention involves the production of individual nanopores having the ability to control their alignment, diameter, depth, and placement.

【００１３】 本発明は、カーボンナノチューブの整列、直径、形状、長さ、および配置を制
御する能力を有するＭＥＭＳまたは半導体デバイスの機能性要素としてカーボン
ナノチューブを製造するための方法を提供する。The present invention provides a method for producing carbon nanotubes as a functional element of a MEMS or semiconductor device having the ability to control the alignment, diameter, shape, length, and arrangement of the carbon nanotubes.

【００１４】 本発明の方法は、カーボンナノチューブの成長のために適切なＭＥＭＳ基板を
調製する工程を包含する。ナノサイズ孔またはナノスケール触媒保持構造（ＮＣ
ＲＳ）は、ＭＥＭＳ基板上の層内に作製され、その中に、ナノチューブ成長触媒
が堆積される。次いで、ナノチューブがナノサイズ孔内で成長される。The method of the present invention involves preparing a MEMS substrate suitable for growing carbon nanotubes. Nano-sized pore or nano-scale catalyst holding structure (NC
RS) is made in a layer on the MEMS substrate, into which the nanotube growth catalyst is deposited. Then, nanotubes are grown in the nano-sized pores.

【００１５】 本発明の方法は、正確な寸法および配置を有するＮＣＲＳの作製を可能にし、
このＮＣＲＳは、所望のサイズ、配向、および配置を有するカーボンナノチュー
ブ（単数または複数）を生じる。この方法は、マイクロ電気機械製造システム（
ＭＥＭＳ）作製プロセスと適合するように実施され得る。[0015] The method of the present invention allows for the production of NCRS with precise dimensions and placement,
This NCRS results in carbon nanotube (s) having the desired size, orientation, and arrangement. This method uses a micro-electromechanical manufacturing system (
(MEMS) fabrication process.

【００１６】 これらのカーボンナノチューブのための１つのこのような用途は、走査プロー
ブツールチップ、および特に、原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）チップとしてのそれら
の用途である。本発明に関連した重要な革新は、大規模製造に適切なプロセスに
おけるＭＥＭＳ構造（例えば、ＡＦＭカンチレバー）上の個々の整列されたカー
ボンナノチューブの作製である。本発明のこの実施態様において、このＡＦＭチ
ップは、機能性要素であり、そしてこのＭＥＭＳ構造は、ＡＦＭカンチレバーで
ある。他のＭＥＭＳ構造には、フラットパネルディスプレイ、音叉プローブ、お
よび磁気共鳴力顕微鏡用のねじりカンチレバーが備えられ得る。他のカーボンナ
ノチューブ機能性要素には、フラットパネルディスプレイピクセル、分子ワイヤ
ー、または分子アンテナとして使用されるナノチューブが挙げられる。本発明は
、特定のＭＥＭＳ構造、またはカーボンナノチューブ機能性要素に限定される必
要はない。本発明によって提供される製造方法は、個々のカーボンナノチューブ
または個々のカーボンナノチューブの集合が、機能性要素（単数または複数）ま
たはデバイス（単数または複数）として使用され得る、多くの他の適用への門戸
を開く。このことは、他の所でカーボンナノチューブ構造を形成し、次いで、こ
の構造をＭＥＭＳ基板に備え付けるかわりに、ＭＥＭＳ基板上での直接の、特定
された配置でのカーボンナノチューブの製造を可能にする。One such application for these carbon nanotubes is as a scanning probe tooltip, and especially as an atomic force microscope (AFM) tip. An important innovation related to the present invention is the fabrication of individual aligned carbon nanotubes on MEMS structures (eg, AFM cantilevers) in a process suitable for large scale manufacturing. In this embodiment of the invention, the AFM tip is a functional element, and the MEMS structure is an AFM cantilever. Other MEMS structures may include a flat panel display, a tuning fork probe, and a torsion cantilever for a magnetic resonance force microscope. Other carbon nanotube functional elements include nanotubes used as flat panel display pixels, molecular wires, or molecular antennas. The present invention need not be limited to a particular MEMS structure, or carbon nanotube functional element. The manufacturing method provided by the present invention is suitable for many other applications where individual carbon nanotubes or collections of individual carbon nanotubes can be used as functional element (s) or device (s). Open the door. This allows the production of carbon nanotubes in a specified configuration directly on the MEMS substrate, instead of forming the carbon nanotube structure elsewhere and then mounting the structure to the MEMS substrate.

【００１７】 プロセスパラメータは、このナノチューブ作製プロセスを標準ＡＦＭカンチレ
バー作製プロセスに適合させるように調節され得る。このアプローチは、大規模
製造のために理想的である、１つの連続プロセスでカーボンナノチューブチップ
およびケイ素カンチレバーを作製するために適する。[0017] Process parameters can be adjusted to adapt the nanotube fabrication process to a standard AFM cantilever fabrication process. This approach is suitable for making carbon nanotube tips and silicon cantilevers in one continuous process, which is ideal for large scale manufacturing.

【００１８】 本発明の方法は、制御されたパラメーターを有するカーボンナノチューブを生
産するために使用される、以下に記述される個々のプロセス工程を包含する。さ
らに、この方法は、以下に列挙される個々のプロセス工程からなるプロセスを含
み、ここで、個々のプロセス工程は、同じ機能を、本質的に達成する同様のポロ
セス工程によって置き換えられ得る。The method of the present invention involves the individual process steps described below used to produce carbon nanotubes with controlled parameters. Further, the method includes a process consisting of the individual process steps listed below, wherein the individual process steps can be replaced by similar process steps that essentially accomplish the same function.

【００１９】 図１は、本発明の方法を、流れ図として示す。最初に、工程１０において、Ｍ
ＥＭＳ基板がカーボンナノチューブの合成のために調製される。FIG. 1 shows the method of the invention as a flow chart. First, in step 10, M
An EMS substrate is prepared for the synthesis of carbon nanotubes.

【００２０】 次に、工程１２において、制御された形状、直径および長さを有するＮＣＲＳ
が、ＭＥＭＳ基板上の特定の所望の配置で層の中に作製される。ＮＣＲＳが高い
アスペクト比を有する場合、このＮＣＲＳは、カーボンナノチューブの形状、長
さ、および直径を制御するように使用され得る。この制御方法は、テンプレート
法と言われる。ＮＣＲＳが小さいアスペクト比を有するならば、このＮＣＲＳは
カーボンナノチューブの直径を制御し得る。この制御方法は、細孔法（ｐｏｒｅ
ｍｅｔｈｏｄ）と言われる。Next, in step 12, the NCRS having a controlled shape, diameter and length
Are fabricated in layers in a particular desired arrangement on the MEMS substrate. If NCRS has a high aspect ratio, it can be used to control the shape, length, and diameter of carbon nanotubes. This control method is called a template method. If the NCRS has a small aspect ratio, the NCRS can control the diameter of the carbon nanotube. This control method is based on a pore method (pore method).
method).

【００２１】 工程１４で、ＮＣＳＲのサイズまたは直径が評価され、それを作製するために
使用される方法と同様または同じ方法で、あるいはそれを被覆するために使用さ
れる方法と同様または同じ方法で必要に応じて縮小され、これらの方法は、当業
者に公知である。これらの方法としては、電気化学析出、化学析出、電気酸化、
電気めっき、スパッタリング、熱拡散および蒸発、物理蒸着、ゾルゲル析出、お
よび化学蒸着が挙げられる。In step 14, the size or diameter of the NCSR is evaluated and is similar or the same as the method used to make it, or similar or the same as the method used to coat it. Reduced as necessary, these methods are known to those skilled in the art. These methods include electrochemical deposition, chemical deposition, electro-oxidation,
Examples include electroplating, sputtering, thermal diffusion and evaporation, physical vapor deposition, sol-gel deposition, and chemical vapor deposition.

【００２２】 工程１６で、ナノチューブ触媒が個々のＮＣＲＳ内に置かれる。この触媒を置
くための方法としては、以下が挙げられる：電気化学析出、化学析出、電気酸化
、電気めっき、スパッタリング、熱拡散および蒸発、物理蒸着、ゾルゲル析出、
および化学蒸着。この触媒は、ＮＣＲＳの特定の表面（例えば、底面）、または
ＮＣＲＳの全ての表面に上に置かれ得る。At step 16, the nanotube catalyst is placed in individual NCRS. Methods for depositing this catalyst include: electrochemical deposition, chemical deposition, electro-oxidation, electroplating, sputtering, thermal diffusion and evaporation, physical vapor deposition, sol-gel deposition,
And chemical vapor deposition. The catalyst may be placed on a specific surface (eg, the bottom surface) of the NCRS, or on all surfaces of the NCRS.

【００２３】 工程１８において、制御可能な形状、直径、配向、壁厚および長さを有するカ
ーボンナノチューブは、個々のＮＣＲＳ内部から合成される。合成するための方
法としては、ハイドロカーバイドの熱析出、この化学蒸着プロセスの反応時間が
、カーボンナノチューブの長さを制御するように操作される化学蒸着プロセス、
および化学蒸着プロセスのプロセスパラメータが、カーボンナノチューブの壁厚
を制御するように操作される化学蒸着プロセスが挙げられる。In step 18, carbon nanotubes having a controllable shape, diameter, orientation, wall thickness and length are synthesized from within individual NCRS. Methods for synthesis include thermal deposition of hydrocarbide, a chemical vapor deposition process in which the reaction time of this chemical vapor deposition process is manipulated to control the length of the carbon nanotubes,
And chemical vapor deposition processes in which the process parameters of the chemical vapor deposition process are manipulated to control the wall thickness of the carbon nanotubes.

【００２４】 工程２０で、合成されたカーボンナノチューブを含むテンプレート層が、必要
ならば、取り除かれ得る。In step 20, the template layer containing the synthesized carbon nanotubes can be removed, if necessary.

【００２５】 その後、カーボンナノチューブは、不純物を取り除くために精製される。Thereafter, the carbon nanotubes are purified to remove impurities.

【００２６】 本発明の主なプロセス工程を繰り返して、以下が連続的に実施される: （１）ＭＥＭＳ基板の調製； （２）ＭＥＭＳ基板上の層内でのＮＣＲＳを作り出す工程； （３）ＮＣＲＳの直径を縮小させる工程； （４）ＮＣＲＳ内に触媒を析出する工程； （５）ナノチューブを合成する工程；および （６）必要ならば、ＭＥＭＳ基板上のテンプレート層を除去する工程；ならび
に （７）ナノチューブを精製する工程。By repeating the main process steps of the present invention, the following is continuously performed: (1) MEMS substrate preparation; (2) creating NCRS in layers on the MEMS substrate; (3) (4) depositing a catalyst in the NCRS; (5) synthesizing nanotubes; and (6) removing the template layer on the MEMS substrate if necessary; and ( 7) Purifying the nanotube.

【００２７】 図２は、カーボンナノチューブチップを製造するためのテンプレート法を示し
、図３は、カーボンナノチューブチップを製造するための細孔法を示す。FIG. 2 shows a template method for manufacturing a carbon nanotube chip, and FIG. 3 shows a pore method for manufacturing a carbon nanotube chip.

【００２８】 本発明の方法は、材料およびプロセスがＭＥＭＳ材料およびプロセスと可能な
限り適合する場合、最も良く作用する。これらは、カーボンナノチューブを成長
させるためのＣＶＤ法、ナノ孔作製法、および触媒析出法を含む。The method of the present invention works best if the materials and processes are as compatible as possible with the MEMS materials and processes. These include CVD methods for growing carbon nanotubes, nanopore fabrication methods, and catalyst deposition methods.

【００２９】 ＡＦＭカンチレバーの機能性および性能によって課された要求は、ＭＥＭＳ設
計（形状、寸法、材料およびプロセスを含む）を余儀なくさせる。The demands imposed by the functionality and performance of AFM cantilevers necessitate MEMS designs, including shapes, dimensions, materials and processes.

【００３０】 カーボンナノチューブチップを使用するＡＦＭカンチレバーの意図される用途
は、度量衡、マスク修理（ｍａｓｋ ｒｅｐａｉｒ）、およびもしかするとリソ
グラフィーツールとして機能することである。しかし、カーボンナノチューブを
有するＡＦＭカンチレバーは、これらの機能に限定される必要はない。The intended use of AFM cantilevers using carbon nanotube tips is to function as metrology, mask repair, and possibly as a lithography tool. However, AFM cantilevers with carbon nanotubes need not be limited to these functions.

【００３１】 度量衡ツールは、サンプルの表面にわたって高周波数で振動しながら、深いト
レンチにアクセス可能であるべきである。この一般的な条件を満たすために、Ａ
ＦＭカンチレバーの形状は、サンプル表面の全ての部分へのチップのアクセスを
可能にすべきである。カンチレバー自体の上で直接成長されるカーボンナノチュ
ーブチップは、サンプル表面に接触するに、十分なクリアランスを持たない。従
って、カンチレバー５０は、必要とされるクリアランスを、突出部５２、または
その上でより小さいカーボンナノチューブチップ５４が図４に示されるように成
長される、より大きいブラント（ｂｌｕｎｔ）チップに提供する必要がある。突
出部５２またはこのより大きなチップ５４は、個々の孔の作製およびＣＶＤが起
こるための適切なアクセスを可能にする形状を持つべきである。光電気化学エッ
チングが、孔を作製するために使用される場合、突出部分は、光を透過し得る必
要がある。以下の他の機能問題を含む：所望の走査速度、カーボンナノチューブ
のチップの可撓性、チップの破壊の可能性、およびカーボンナノチューブチップ
とカンチレバー基板との結合。The metrology tool should be able to access deep trenches while vibrating at high frequencies across the surface of the sample. To satisfy this general condition, A
The shape of the FM cantilever should allow the tip to access all parts of the sample surface. Carbon nanotube tips grown directly on the cantilever itself do not have enough clearance to contact the sample surface. Thus, the cantilever 50 must provide the required clearance to the protrusion 52, or a larger blunt tip, on which a smaller carbon nanotube tip 54 is grown as shown in FIG. There is. The protrusion 52 or this larger tip 54 should have a shape that allows for the creation of individual holes and proper access for CVD to occur. If photoelectrochemical etching is used to create the holes, the protrusions need to be able to transmit light. Other functional issues include: the desired scan speed, the flexibility of the carbon nanotube tip, the possibility of tip breakage, and the coupling of the carbon nanotube tip to the cantilever substrate.

【００３２】 形状および機械設計は、現存するＭＥＭＳ作製技術に基づく。このアプローチ
は、適所で成長された、整列したカーボンナノチューブを有するＡＦＭカンチレ
バーの製造を可能にする。可能だけれども、非標準ＭＥＭＳ作製プロセスは、商
業的に実行可能ではないかもしれない。カンチレバー設計は、上記の制限に適合
している。The shape and mechanical design are based on existing MEMS fabrication technology. This approach allows the production of AFM cantilevers with aligned carbon nanotubes grown in place. Although possible, non-standard MEMS fabrication processes may not be commercially viable. The cantilever design meets the above limitations.

【００３３】 理論的に、直径、壁厚、および長さは、所望の適用（例えば、ＣＤ度量衡など
）によって必要とされる座屈力の関数として決定される。多くのＡＦＭ適用に適
合するために、１００ｎｍ以下の直径および１μｍ以上の長さを有するカーボン
ナノチューブが非常に所望される。In theory, the diameter, wall thickness, and length are determined as a function of the buckling force required by the desired application (eg, CD metrology, etc.). To be compatible with many AFM applications, carbon nanotubes having a diameter of less than 100 nm and a length of more than 1 μm are highly desirable.

【００３４】 最も良い結果のために、本発明の方法は、現存するマイクロ機械加工技術と適
合する材料を使用する。現存するＭＥＭＳプロセスと共に使用される材料は、以
下である：構造材料のための結晶ケイ素、ポリケイ素、窒化ケイ素、タングステ
ンおよびアルミニウム；犠牲材料のための非ドーピング二酸化ケイ素、ドーピン
グされた二酸化ケイ素、ポリケイ素、およポリミド（ｐｏｌｙｍｉｄｅ）；なら
びに、ウェットエッチングのためのフッ素ベースの酸、塩素ベースの酸および金
属水酸化物。現存するＭＥＭＳ技術に対して標準的なプロセスは、以下を含む：
薄膜析出、酸化、ドーピング、リソグラフィー、化学−機械研磨、エッチング、
およびパッキング。この方法の他のバリエーションは、カンチレバー作製が、他
の（ＭＥＭＳ作製に対して本質的でない）プロセス工程（例えば、光電気化学エ
ッチング、電気めっき、ＣＶＤ、またはエッチングなど）の間に挿入されなけれ
ばならない場合の使用のためのプロセス戦略を含む。For best results, the method of the present invention uses materials that are compatible with existing micromachining techniques. Materials used with existing MEMS processes are: crystalline silicon, polysilicon, silicon nitride, tungsten and aluminum for structural materials; undoped silicon dioxide, doped silicon dioxide, polysilicon for sacrificial materials And fluorine-based acids, chlorine-based acids and metal hydroxides for wet etching. Standard processes for existing MEMS technologies include:
Thin film deposition, oxidation, doping, lithography, chemical-mechanical polishing, etching,
And packing. Another variation of this method is that the cantilever fabrication must be inserted between other (not essential to MEMS fabrication) process steps (eg, photoelectrochemical etching, electroplating, CVD, or etching, etc.). Includes process strategies for use when not required.

【００３５】 本発明のＮＣＲＳ作製のための方法は、その整列、直径、深さ、および配置を
制御する能力を有する個々のナノサイズ孔を作製を含む。ナノチューブ成長にお
ける現存する方法は、個々の正確に配置された孔を作製することができない。現
存する方法は、均一に分布した孔のアレイ、従って、均一に分布したカーボンナ
ノチューブを生産するための方法に依存する。The method for NCRS fabrication of the present invention involves creating individual nano-sized holes with the ability to control their alignment, diameter, depth, and placement. Existing methods in nanotube growth cannot create individual precisely positioned holes. Existing methods rely on uniformly distributed arrays of holes, and thus methods for producing uniformly distributed carbon nanotubes.

【００３６】 形状要求は、作製される孔の整列、直径、深さ、および配置を指す。カーボン
ナノチューブを、ＡＦＭチップとして経済的に有用に作製するために、チップの
直径、従って、ナノチューブの作製において使用される孔の直径は、１００ｎｍ
未満であるべきである。より小さい直径がまた、非常に所望であり得る。市販の
カーボンナノチューブチップは、約１０:１のアスペクト比を有する必要があり
、このことは、約１００ｎｍの直径のチップに対して、約１μｍの長さを意味す
る。Shape requirements refer to the alignment, diameter, depth, and arrangement of the holes to be made. In order to make carbon nanotubes economically useful as AFM tips, the diameter of the tips, and thus the diameter of the pores used in making the nanotubes, is 100 nm.
Should be less than. Smaller diameters may also be highly desirable. Commercial carbon nanotube tips need to have an aspect ratio of about 10: 1, which means about 1 μm length for tips with a diameter of about 100 nm.

【００３７】 他の重要な形状要求は、得られた成長されたカーボンナノチューブが同様に基
板の表面に対して垂直となるように、基板に対して直交する孔を有することであ
る。当然、この要求が、カーボンナノチューブが基板の表面と角度をなすという
ことならば、この孔もまた、このような配向で作製されるべきである。Another important shape requirement is to have holes orthogonal to the substrate so that the resulting grown carbon nanotubes are also perpendicular to the surface of the substrate. Of course, if the requirement is that the carbon nanotubes be angled with the surface of the substrate, the holes should also be made in such an orientation.

【００３８】 以下の技術は、上記の形状要求を満足し得る：電気化学または光電気化学エッ
チング、マイクロ機械加工、およびリソグラフィー。さらに各技術は、ナノチュ
ーブ成長方法の幾つかの異なるバリエーションを提供する。The following techniques may satisfy the above shape requirements: electrochemical or photoelectrochemical etching, micromachining, and lithography. Furthermore, each technique offers several different variations of nanotube growth methods.

【００３９】 電気化学（ＥＣ）および光電気化学（ＰＥＣ）エッチングは、基板上の規定の
配置で個々のナノサイズ孔を作製するために使用され得る。ＥＣ／ＰＥＣエッチ
ングは、多孔性ケイ素層（ここで、均一な直径を有するナノおよびマイクロサイ
ズの孔が、基板上で等間隔になっている）を作製するために典型的に使用される
技術である。多孔性ケイ素層は、制御された電流密度下で、希釈ＨＦ中でのケイ
素の陽極酸化によって作製される。多孔性ケイ素は、以下を含む適用に対する可
能性を提供する：シリコンオン絶縁体（ｓｉｌｉｃｏｎ−ｏｎ−ｉｎｓｕｌａｔ
ｏｒ）構造中の絶縁層、光学的適用、光ルミネセンス、電気ルミネセンス、およ
び３次元構造のマイクロ機械加工。Electrochemical (EC) and photoelectrochemical (PEC) etching can be used to create individual nano-sized holes in defined locations on a substrate. EC / PEC etching is a technique typically used to create a porous silicon layer, where nano- and micro-sized holes of uniform diameter are evenly spaced on a substrate. is there. The porous silicon layer is made by anodizing silicon in dilute HF under a controlled current density. Porous silicon offers the potential for applications including: silicon-on-insulator
or) Insulating layers in structures, optical applications, photoluminescence, electroluminescence, and micromachining of three-dimensional structures.

【００４０】 ＥＣ／ＰＥＣエッチングは、孔の数、直径、形状、配置、深さ、および配向を
制御するために使用される。この現存するＥＣ／ＰＥＣエッチングプロセスは、
基板上にランダムな配置で、正確な直径を有する一様に分布した孔の大量作製の
ために十分に作用する。孔の直径は、正確に電流で制御される。従って、異なる
孔の形状が可能であり、テーパー状または他の変化可能な直径（長さにわたって
）の孔を含む。ＥＣ／ＰＥＣエッチングを使用して作製された孔の深さは、孔の
直径に依存する。この依存性は、ＥＣ／ＰＥＣエッチング間に、同時にではなく
、段階的に、この孔が軸および半径方向の両方に広がるという事実に起因する。
ほとんどの場合において、このＥＣ／ＰＥＣ作製孔は基板に垂直であるが、傾斜
した孔はまた、基板の配向、電流源アノード／カソードの配置、および光源を制
御することによって作製され得る。本発明者らの方法は、規定の所望の配置で、
その直径、形状および深さを制御して、個々のナノサイズ孔のみの製造を可能に
する。EC / PEC etching is used to control the number, diameter, shape, arrangement, depth, and orientation of holes. This existing EC / PEC etching process
The random arrangement on the substrate works well for the mass production of uniformly distributed holes with the correct diameter. The hole diameter is precisely controlled by the current. Thus, different hole shapes are possible, including tapered or other variable diameter (over length) holes. The depth of a hole created using EC / PEC etching depends on the diameter of the hole. This dependence is due to the fact that the holes spread both axially and radially during the EC / PEC etch, but not simultaneously.
In most cases, the EC / PEC fabrication holes are perpendicular to the substrate, but angled holes can also be created by controlling the substrate orientation, current source anode / cathode placement, and light source. Our method, in a prescribed desired arrangement,
Its diameter, shape and depth are controlled to allow the production of only individual nano-sized holes.

【００４１】 孔配置および数の制御は、所望の配置でＥＣ／ＰＥＣエッチングを開始する手
法を使用して達成される。この開始を達成するための１つの方法は、マスクを用
いて基板をパターン化し、ＮＣＲＳの形成を開始する基板上の正確な配置でピッ
トを発生することである。孔の形成を開始する別の方法は、ＮＣＲＳの形成を開
始するための方法としての不純物、局所的な欠陥、または応力をおくことである
。この不純物、局所欠陥、または応力は、以下を使用して置かれ得る：Ｘ線リソ
グラフィー、深ＵＶリソグラフィー、走査プローブリソグラフィー、電子線リソ
グラフィー、イオンビームリソグラフィー、光リソグラフィー、電気化学析出、
化学析出、電気酸化、電気めっき、スパッタリング、熱拡散および蒸発、物理蒸
着、ゾルゲル析出、または化学蒸着。Control of hole placement and number is achieved using a technique that initiates the EC / PEC etch at the desired placement. One way to achieve this start is to pattern the substrate with a mask and generate pits at the exact locations on the substrate where NCRS formation will begin. Another method of initiating hole formation is to put impurities, local defects, or stress as a way to initiate NCRS formation. This impurity, local defect, or stress can be placed using: X-ray lithography, deep UV lithography, scanning probe lithography, electron beam lithography, ion beam lithography, photolithography, electrochemical deposition,
Chemical deposition, electro-oxidation, electroplating, sputtering, thermal diffusion and evaporation, physical vapor deposition, sol-gel deposition, or chemical vapor deposition.

【００４２】 ＮＣＲＳの配置および数を制御する別の方法は、所望の配置でエッチングし、
そして所望の範囲を取り囲む範囲を全くエッチングしないか、または異なる割合
でエッチングするための形状の基板を使用することである。先の尖った基板（例
えば、ＡＦＭチップ）において、頂点は、その周りの任意のエッチングの前に、
最初にＮＣＲＳをエッチングする。さらに、ＡＦＭチップの頂点が十分に小さい
場合、少数の孔のみがエッチングされる。極端な場合において、１つの孔のみが
形成される。別のシナリオにおいて、最初に、Ｖ字溝が底にエッチングされ、そ
の後、その周りがエッチングされる。Another way to control the placement and number of NCRS is to etch in the desired placement,
Then, a region surrounding the desired region is not etched at all, or a substrate having a shape to be etched at a different rate is used. In a pointed substrate (eg, an AFM chip), the apex is drawn before any etching around it.
First, the NCRS is etched. Furthermore, if the apex of the AFM tip is small enough, only a few holes will be etched. In extreme cases, only one hole is formed. In another scenario, first the V-groove is etched to the bottom and then around it.

【００４３】 ＮＣＲＳサイズおよび形状の制御は、以下を使用することによって達成される
： （１）ＰＥＣエッチングのための光源の焦点調節、波長、および強度変化の効
果、 （２）電流源の密度および変調変化、ならびに （３）ドーパント濃度。Control of NCRS size and shape is achieved by using: (1) the effects of light source focusing, wavelength, and intensity changes for PEC etching, (2) current source density and Modulation changes, and (3) dopant concentration.

【００４４】 ＰＣ／ＰＥＣエッチングの継続時間を合わせることによって、孔の深さを制御
することができる。By adjusting the duration of the PC / PEC etching, the depth of the hole can be controlled.

【００４５】 最も良い結果のために、ナノ多孔性ケイ素を発生するために使用され得る材料
が使用され、そしてこれらはまた、ＭＥＭＳ作製と適合する。例えば、Ｐドーピ
ングケイ素は、ＭＥＭＳ作製および多孔性ケイ素作製の両方に対して適切である
。他のＭＥＭＳおよびＰＥＣ適合材料がまた、使用され得る。For best results, materials are used that can be used to generate nanoporous silicon, and these are also compatible with MEMS fabrication. For example, P-doped silicon is suitable for both MEMS fabrication and porous silicon fabrication. Other MEMS and PEC compatible materials may also be used.

【００４６】 ＰＥＣエッチングの代替として、本発明の方法は、イオンミリング、およびｅ
−ビームミクロ機械加工のようなミクロ機械加工技術を用い、ＡＦＭカンチレバ
ー上の特定の位置に個々のナノサイズの孔を製作する。現存するイオンミリング
（ＩＭ）およびｅ−ビーム（ＥＢ）技術を用いて、基板上の正確な位置（制御可
能な位置）に、制御可能な直径、および制御可能な深さを持つ孔を製作し得る。As an alternative to PEC etching, the method of the present invention comprises ion milling and e
-Fabricate individual nano-sized holes at specific locations on the AFM cantilever using micromachining techniques such as beam micromachining. Using existing ion milling (IM) and e-beam (EB) techniques, fabricate holes with controllable diameters and controllable depths at precise locations (controllable locations) on the substrate. obtain.

【００４７】 図４は、基板上の正確な位置（制御可能な位置）で、制御可能な直径、および
制御可能な深さを有して製作されたＮＣＲＳを示す。FIG. 4 shows an NCRS fabricated with a controllable diameter and a controllable depth at a precise position (controllable position) on the substrate.

【００４８】 ＮＣＲＳを製作するためにＩＭおよびＥＢ技術を用いる利点は、それらが、１
０ｎｍ程度の小直径を有する孔を産生し得ることである。さらに、孔を含む、特
徴の位置および寸法は、ナノメーターの寸法の許容誤差で達成され得る。さらに
、数百ナノメーターの深さが、ＩＭおよびＥＭを用いて達成され得る。ミクロ機
械加工産業におけるそれらの長い使用のため、ＩＭおよびＥＭ技術は、標準的な
ＭＥＭＳプロセスと適合し、このことは、これらを非常に魅力的にする。The advantages of using IM and EB technologies to fabricate NCRS are that
The ability to produce pores with a small diameter on the order of 0 nm. Further, the location and dimensions of features, including holes, can be achieved with nanometer dimensional tolerances. Further, hundreds of nanometers depth can be achieved with IM and EM. Because of their long use in the micromachining industry, IM and EM technologies are compatible with standard MEMS processes, which makes them very attractive.

【００４９】 ＩＭおよびＥＢを用いる欠点は、それらの大きな資本コストおよび運転コスト
および低いスループットであり、それらは、カーボンナノチューブチップを備え
たＡＦＭカンチレバーの大量生産のためのそれらの使用を正当化しない。ＩＭお
よびＥＢは、系列的な様式でこれら特徴を製作し得るのみなので、個々のウェー
ハ上に適合し得るＡＦＭカンチレバーのアレイ上の各孔は、ステップ様式で個々
に製作されなければならないであろう。このアプローチは、正確な位置として孔
を製作するために、洗練された操縦方法を必要とし得る。The disadvantages of using IM and EB are their large capital and operating costs and low throughput, which do not justify their use for mass production of AFM cantilevers with carbon nanotube tips. Since IM and EB can only fabricate these features in a sequential fashion, each hole on the array of AFM cantilevers that can fit on an individual wafer would have to be fabricated individually in a stepped fashion. . This approach may require sophisticated maneuvering methods to fabricate holes as precise locations.

【００５０】 本発明のナノチューブ製作の方法はまた、ＭＥＭＳ基板上の特定位置で個々の
ナノサイズ孔を製作するために、光リソグラフィーおよび走査プローブリソグラ
フィーのような、リソグラフィー技術の使用に順応する。現存する光リソグラフ
ィー技術および操作プローブリソグラフィー技術を用いて、基板上の正確な位置
（制御可能な位置）に、制御可能な直径、および制御可能な深さを持つ孔を製作
し得る。これらの方法は、Ｘ線リソグラフィー、ＵＶ深部リソグラフィー、走査
プローブリソグラフィー、電子線リソグラフィー、イオンビームリソグラフィー
、および光リソグラフィーを含む。The nanotube fabrication method of the present invention also accommodates the use of lithographic techniques, such as optical lithography and scanning probe lithography, to fabricate individual nano-sized holes at specific locations on a MEMS substrate. Existing optical lithography and manipulation probe lithography techniques can be used to fabricate holes with controllable diameters and controllable depths at precise locations (controllable locations) on a substrate. These methods include X-ray lithography, UV deep lithography, scanning probe lithography, electron beam lithography, ion beam lithography, and optical lithography.

【００５１】 光リソグラフィーは、高スループットで、本発明者らのプロジェクトに必要な
孔を含む特徴の大量生産をし得る技術である。孔のような、特徴の位置および寸
法の制御は、大きな臨界寸法許容限度で実施され得る。この技術は、標準的なＭ
ＥＭＳプロセスと適合する。光リソグラフィーは、マスキング能力を提供するの
みであるので、実際の孔はエッチングで製作される。幸運なことに、光リソグラ
フィーのための現存するエッチングおよびマスキングプロセスは、非常に制御可
能である。それ故、孔の深さは、マスキングプロセスおよびエッチングプロセス
に依存し、そして非常に制御可能である。Optical lithography is a technique that allows for high-throughput, high-volume production of features, including holes, required for our project. Control of the location and size of features, such as holes, can be implemented with large critical dimension tolerances. This technology uses the standard M
Compatible with EMS process. Since photolithography only provides masking capability, the actual holes are etched. Fortunately, existing etching and masking processes for optical lithography are very controllable. Therefore, the hole depth depends on the masking and etching processes and is very controllable.

【００５２】 標準的な光リソグラフィーを用いる主な欠点は、この技術の現在の特徴的サイ
ズ制限である、約１３０−１００ｎｍの直径を有する孔を生産し得ないことであ
る。このような大きな孔は、１００ｎｍ以下の直径を持つ成長するカーボンナノ
チューブには不適切である。しかし、この欠点は、所望の１００ｎｍ以下の直径
までより大きな直径の孔を埋めることにより克服され得る。この埋めることは、
触媒材料またはその他の適切な材料でなされ得る。この埋めるプロセスは、成長
するカーボンナノチューブに適切な孔を迅速および安価に製作するための光リソ
グラフィーの使用を可能にする。標準的な光リソグラフィーを用いる潜在的な欠
点は、この技術のためのエッチングプロセスが、本発明者らが必要とする高アス
ペクト比（１０：１）で垂直な孔を生成し得ないことである。これを取り扱うた
め、本発明者らは、ナノサイズ孔を製作するために必要な、適切なマスクデザイ
ン、フォトレジスト、およびエッチャントを必要とする。A major disadvantage of using standard optical lithography is that it cannot produce holes with a diameter of about 130-100 nm, the current characteristic size limitation of this technology. Such large holes are unsuitable for growing carbon nanotubes having a diameter of less than 100 nm. However, this disadvantage can be overcome by filling larger diameter holes to the desired diameter of 100 nm or less. This filling is
It can be made of a catalyst material or other suitable material. This filling process allows the use of photolithography to quickly and inexpensively make the appropriate holes in the growing carbon nanotube. A potential disadvantage of using standard photolithography is that the etching process for this technique cannot produce the vertical holes with the high aspect ratio (10: 1) we need. . To handle this, we need the proper mask design, photoresist, and etchant needed to create nano-sized holes.

【００５３】 走査プローブリソグラフィーを用い、孔の位置および寸法の大きな臨界寸法許
容限度で、孔を含む特徴を製作し得る。光リソグラフィーに対する走査プローブ
リソグラフィーの利点は、それが、小直径カーボンナノチューブに非常に適切で
ある、１０ｎｍ程度の小さい直径を有する孔を直接生成し得ることである。Using scanning probe lithography, features including holes can be fabricated with large critical dimension tolerances of hole locations and dimensions. An advantage of scanning probe lithography over optical lithography is that it can directly produce holes with diameters as small as 10 nm, which are very suitable for small diameter carbon nanotubes.

【００５４】 光リソグラフィーのようでなく、そしてよりミクロ機械加工技術のように、走
査プローブリソグラフィーは、より低いスループットを有している。光リソグラ
フィーのように、この技術のためのエッチングプロセスは、必要な高アスペクト
比（１０：１）を持つ垂直の孔を生成し得ない。これを取り扱うために、適切な
チップ半径、バイアス電圧、フォトレジスト、およびエッチャントがナノサイズ
孔を製作するために必要である。高アスペクト比（１０：１）の垂直孔。この孔
の直径は、特に１００ｎｍより大きい直径を有する大きな直径孔の場合、孔を製
作するためか、または基板を被覆するために用いられたのと同様または同じ方法
で低減され得る。この孔は埋められてその内径を減少する。この工程は、次いで
所望の小直径に減少されるより大きな直径孔の製造を可能にする。このプロセス
は、製造についてより要求が少なく、かつ安価である。例えば、光リソグラフィ
ーは、孔を製作するために用いられ得る。Scan probe lithography has a lower throughput, like optical lithography, and like more micromachining techniques. Like optical lithography, etching processes for this technique cannot produce vertical holes with the required high aspect ratio (10: 1). To handle this, appropriate tip radius, bias voltage, photoresist, and etchant are needed to create nano-sized holes. Vertical holes with high aspect ratio (10: 1). The diameter of the holes can be reduced in a similar or the same way as used to make the holes or to coat the substrate, especially for large diameter holes having a diameter greater than 100 nm. This hole is filled and reduces its inner diameter. This step allows the production of larger diameter holes which are then reduced to the desired small diameter. This process is less demanding and cheaper to manufacture. For example, photolithography can be used to create holes.

【００５５】 本発明の方法は、制御されたサイズ、形状、配向、および位置を持つナノチュ
ーブの合成を生じる、正確な寸法および位置を持つＮＣＲＳの製造を可能にする
。この方法は、ミクロ電気機械的製造システム（ＭＥＭＳ）製作プロセスと適合
するように実行され得る。The method of the present invention allows for the production of NCRS with precise dimensions and locations, resulting in the synthesis of nanotubes with controlled size, shape, orientation, and location. The method may be performed to be compatible with a micro-electro-mechanical manufacturing system (MEMS) fabrication process.

【００５６】 その直径および長さに亘る制御を有して個々のＮＣＲＳを選択的に製作するこ
とは、ＮＣＲＳのサイズが、ＮＣＲＳが製作された、層を作成することにおいて
用いられたプロセスと類似のプロセスで低減されることを要求し得る。これらの
プロセスは、電気化学析出、化学析出、電気酸化、電気メッキ、スパッタリング
、熱拡散および蒸発、物理蒸着、ゾルゲル析出、および化学蒸着を含み、上記ナ
ノチューブ成長触媒を析出する。The selective fabrication of individual NCRS with control over its diameter and length makes the size of the NCRS similar to the process used in creating the layers in which the NCRS was fabricated. May be required to be reduced. These processes include electrochemical deposition, chemical deposition, electrooxidation, electroplating, sputtering, thermal diffusion and evaporation, physical vapor deposition, sol-gel deposition, and chemical vapor deposition to deposit the nanotube growth catalyst.

【００５７】 埋め込みは、触媒材料およびその他の適切な材料を用いてなされ得る。ＮＣＲ
Ｓの埋め込みは、触媒を析出するために用いられるのと同じ方法を用いて達成さ
れ得る。この方法は、電気化学析出、化学析出、電気酸化、電気メッキ、スパッ
タリング、熱拡散および蒸発、物理蒸着、ゾルゲル析出、および化学蒸着、およ
び当業者に公知のその他の方法を含む。１つの改変では、カーボンナノチューブ
の成長を刺激するのと同じ触媒が、孔を埋めるための材料として用いられる。こ
の場合、さらなる触媒析出プロセスは必要ではない。Implantation can be made using catalytic materials and other suitable materials. NCR
Embedding of S may be achieved using the same methods used to deposit the catalyst. This method includes electrochemical deposition, chemical deposition, electrooxidation, electroplating, sputtering, thermal diffusion and evaporation, physical vapor deposition, sol-gel deposition, and chemical vapor deposition, and other methods known to those skilled in the art. In one modification, the same catalyst that stimulates the growth of carbon nanotubes is used as a material to fill the pores. In this case, no further catalyst deposition process is required.

【００５８】 触媒を用いる埋め込みの正確な量はまた、孔より小さなカーボンナノチューブ
成長を生成し、そしてそれ故、より大きな直径の孔を持つ小直径カーボンナノチ
ューブを作る。The exact amount of embedding with the catalyst also produces carbon nanotube growth smaller than the pores, and therefore produces small diameter carbon nanotubes with larger diameter pores.

【００５９】 ナノチューブ成長触媒は、個々のＮＣＲＳ内に配置され得る。カーボンナノチ
ューブ成長プロセスにおける金属触媒の機能は、ハイドロカーバイドを分解する
こと、および並んだ炭素の析出を補助することである。一般的な触媒材料は、鉄
、コバルト、およびニッケルである。孔の酸化物もまた、カーボンナノチューブ
を成長させるための触媒として用いられ得る。ＳｉおよびＳｉＯ₂のような、Ｍ
ＥＭＳ製作に用いられる材料は、本発明者らが、電気酸化されてＳｉＯ₂または
ＳｉＯ触媒を生成するＳｉでできたテンプレートを用いる例である。このＳｉは
、導電性になるためにドープされなければならない。電気酸化されたＳｉは、熱
的に成長した酸化物より多孔性であり、これは、ナノチューブ成長に影響し得る
。[0059] The nanotube growth catalyst may be located within an individual NCRS. The function of the metal catalyst in the carbon nanotube growth process is to decompose the hydrocarbide and assist in the deposition of side-by-side carbon. Common catalyst materials are iron, cobalt, and nickel. Porous oxides can also be used as catalysts for growing carbon nanotubes. M, such as Si and SiO ₂
The materials used for EMS fabrication are examples where we use a template made of Si that is electro-oxidized to produce SiO ₂ or a SiO catalyst. This Si must be doped to become conductive. Electrooxidized Si is more porous than thermally grown oxide, which can affect nanotube growth.

【００６０】 カーボンナノチューブがテンプレートから成長され得る前、金属触媒は、その
中に析出されなければならない。個々のテンプレート内の触媒材料は、選択的に
析出され得る。当業者に公知の現存する方法を用いて孔の回りに均一に金属触媒
材料を析出し得る。現存する触媒析出方法は、電気化学析出、化学析出、電気酸
化、電気メッキ、スパッタリング、熱拡散および蒸発、物理蒸着、ゾルゲル析出
、および化学蒸着を含む。[0060] Before carbon nanotubes can be grown from the template, the metal catalyst must be deposited therein. The catalyst material within each template can be selectively deposited. Metal catalyst materials can be deposited uniformly around the pores using existing methods known to those skilled in the art. Existing catalyst deposition methods include electrochemical deposition, chemical deposition, electro-oxidation, electroplating, sputtering, thermal diffusion and evaporation, physical vapor deposition, sol-gel deposition, and chemical vapor deposition.

【００６１】 金属触媒は、基板を、Ｎｉ、Ｆｅ、およびＣｏ溶液（モノマー）に浸漬する化
学的析出により析出され得る。次いで、この基板は、Ｈ₂雰囲気下（またはモノ
マーに対する任意の酸化剤）で乾燥され、孔の内壁上に金属触媒の均一な析出を
可能にする。テンプレート上の所望の触媒厚さは、溶液中の触媒−樹脂酸塩の濃
度により制御される。The metal catalyst can be deposited by chemical deposition, immersing the substrate in Ni, Fe, and Co solutions (monomers). Then, the substrate is dried under H ₂ atmosphere (or any oxidizing agent to monomer), to allow uniform deposition of the metal catalyst on the inner wall of the hole. The desired catalyst thickness on the template is controlled by the concentration of the catalyst-resinate in the solution.

【００６２】 カーボンナノチューブは、電気酸化により、基板と、触媒として用いられるア
ノード酸化フィルムとの間で成長し得ることが知られている。アノード酸化時間
よび電流密度を変化させることは、アノード酸化テンプレートの内径を制御し得
る。カーボン析出時間を変化されることは、ナノチューブの壁厚を制御し得る。
テンプレートの長さは、カーボンナノチューブの長さを決定する。It is known that carbon nanotubes can grow between a substrate and an anodic oxide film used as a catalyst by electro-oxidation. Changing the anodization time and current density can control the inner diameter of the anodization template. Changing the carbon deposition time can control the nanotube wall thickness.
The length of the template determines the length of the carbon nanotube.

【００６３】 触媒析出は、ＮＣＲＳを備えた基板を、触媒の溶液中に浸漬することにより達
成され得、そして孔を電気メッキするための電位を付与する。[0063] Catalyst deposition can be achieved by immersing the substrate with NCRS in a solution of the catalyst and applying a potential to electroplate the holes.

【００６４】 ゾルゲル析出を用い、テンプレートの内側を、半導体フィルムで被覆し得るこ
とが当業者に公知である。この方法では、まず、多孔性アルミニウム膜がゾルゲ
ル溶液中に浸漬される。その後、膜をゾルゲル溶液から取り出し、そして乾燥す
る。この結果は、膜の細孔内の細管または小繊維である。細管または小繊維は、
ゾルゲル溶液の温度に依存して得られる。細管の壁厚は、浸漬時間に依存する。
本発明の方法では、このゾルゲル法を用いて、半導体材料の代わりに、Ｎｉ、Ｆ
ｅおよびＣｏのような金属触媒を析出する。It is known to those skilled in the art that the inside of a template can be coated with a semiconductor film using sol-gel deposition. In this method, first, a porous aluminum film is immersed in a sol-gel solution. Thereafter, the membrane is removed from the sol-gel solution and dried. The result is tubules or fibrils within the pores of the membrane. The tubules or fibrils are
Obtained depending on the temperature of the sol-gel solution. The wall thickness of the capillary depends on the immersion time.
In the method of the present invention, Ni, F is used instead of the semiconductor material by using the sol-gel method.
Deposit metal catalysts such as e and Co.

【００６５】 化学蒸着は、薄いフィルムを析出する最も一般的に用いられる手段である。本
発明の方法は、ＣＶＤを用いて、Ｆｅ、ＮｉまたはＣｏ触媒でナノサイズのテン
プレートの壁を被覆する。必要な反応温度、前駆体の量、および析出時間。Chemical vapor deposition is the most commonly used means of depositing thin films. The method of the present invention uses CVD to coat the walls of the nanosized template with an Fe, Ni or Co catalyst. Required reaction temperature, amount of precursor, and deposition time.

【００６６】 細孔ゾルゲル析出を用いて、半導体材料の代わりに、金属触媒を析出し得る。
このプロセスは、細管の代わりに短い小繊維を生成し得る。この短い小繊維は、
包埋された触媒粒子として作用し得る。[0066] Porous sol-gel deposition can be used to deposit metal catalysts instead of semiconductor materials.
This process can produce short fibrils instead of capillaries. This short fibril is
It can act as embedded catalyst particles.

【００６７】 電気化学的メッキは、細孔を被覆するために必要な濃度で触媒溶液を必要とし
、この電気メッキを産生する電流密度および析出の時間は制御される。本発明の
別の実施態様では、材料を用いた基板上の上記電気化学的メッキプロセスはまた
、ＭＥＭＳ製作とともに用いられ得る。この方法の幾何学的な束縛を満足するた
めに、カソード金属が、孔の閉じた側面上に配置されなければならない。Electrochemical plating requires a catalyst solution at the required concentration to cover the pores, and the current density to produce this electroplating and the time of deposition are controlled. In another embodiment of the present invention, the above electrochemical plating process on a substrate using a material may also be used with MEMS fabrication. To satisfy the geometric constraints of this method, the cathode metal must be placed on the closed side of the hole.

【００６８】 上記の方法のすべてにおいて、不必要な触媒が、カーボンナノチューブが成長
する孔の外側に析出し得、そして取り除かれるべきである。除去の方法は： （１）孔の中から触媒を取り除かないように、基板と斜めの角度でイオンを吹き
込むことによるイオン吹き込み； （２）孔内の触媒のすすぎを可能にするには短か過ぎるが、表面をすすぐには十
分な所定の時間間隔の化学的浸水；および （３）磁性触媒の磁気的除去。In all of the above methods, unwanted catalyst can be deposited outside the pores where the carbon nanotubes grow and should be removed. The methods of removal are: (1) ion injection by blowing ions at an oblique angle to the substrate so as not to remove the catalyst from the holes; (2) short enough to allow rinsing of the catalyst in the holes Chemical immersion for a predetermined time interval sufficient to rinse the surface, but too much; and (3) magnetic removal of the magnetic catalyst.

【００６９】 ナノチューブの合成は、化学蒸着（ＣＶＤ）プロセスパラメータを操作し得る
。実験の設計（ＤＯＥ）は、ＣＶＤ前駆体ガス温度および反応時間の選択のよう
なプロセスパラメータが、どのようにナノチューブ成長を行うかを調べ得る。こ
れらのパラメータを操作することで所望の結果を達成し得る。The synthesis of nanotubes can manipulate chemical vapor deposition (CVD) process parameters. Experimental design (DOE) can examine how process parameters, such as selection of CVD precursor gas temperature and reaction time, effect nanotube growth. Manipulating these parameters can achieve the desired result.

【００７０】 テンプレート法を用いて、前駆体、反応温度、および反応時間を最適化し、標
準的なＭＥＭＳ技術との適合を維持しながら、５つの基礎的なプロセス工程を実
施する。The template method is used to optimize the precursor, reaction temperature, and reaction time, and perform five basic process steps while maintaining compatibility with standard MEMS technology.

【００７１】 整列したカーボンナノチューブはまた、ハイドロカーバイドの熱析出により合
成され得る。前駆体として用いたハイドロカーバイドは、エチレン、アセチレン
、およびメタンであり得る。キャリアガスは、アルゴンおよび窒素であり得る。Aligned carbon nanotubes can also be synthesized by thermal precipitation of hydrocarbide. The hydrocarbide used as a precursor can be ethylene, acetylene, and methane. Carrier gases can be argon and nitrogen.

【００７２】 テンプレート法は、５４５℃〜９００℃の範囲のＣＶＤ反応温度を必要とする
。用いた特定の反応温度は、触媒のタイプおよび前駆体のタイプに依存する。個
々の化学反応に対するエネルギーバランス等式を用いて、カーボンナノチューブ
を成長させるための最適ＣＶＤ反応温度を分析的に決定する。これは、必要な反
応温度範囲を決定する。最適反応温度はまた、選択された前駆体および触媒の流
速に依存する。The template method requires a CVD reaction temperature in the range of 545 ° C. to 900 ° C. The particular reaction temperature used depends on the type of catalyst and the type of precursor. The energy balance equation for each chemical reaction is used to analytically determine the optimal CVD reaction temperature for growing carbon nanotubes. This determines the required reaction temperature range. The optimum reaction temperature will also depend on the precursor and catalyst flow rates selected.

【００７３】 テンプレート法では、反応時間を用いて、カーボンナノチューブの壁厚を制御
する。ナノチューブの成長は、半径方向の内側で、かつテンプレート内に十分に
含まれるので、より長い反応時間は、より厚い壁を持つナノチューブを生成する
。In the template method, the reaction time is used to control the wall thickness of the carbon nanotube. Longer reaction times produce nanotubes with thicker walls, as the growth of nanotubes is radially inward and well contained within the template.

【００７４】 反応時間を増加して、より厚い壁厚を達成し、壁厚成長のいくつかのモデルは
、カーボンナノチューブの壁厚成長速度が、ＣＶＤ析出時間に正に比例している
ことを想定する。増加した反応時間は、ナノチューブの結晶化を改良し、そして
不要の黒鉛化を減少させる。本発明の改変は、単一壁カーボンナノチューブを生
成し、そしてなお、高度に結晶化されたカーボンナノチューブを得るように反応
時間を仕立てることを含む。この方法のなお別の改変例は、ＣＶＤ反応の時間に
かかわらず、薄いカーボンナノチューブ壁を生じることが知られるプロセスであ
る、ピレン前駆体とのＮｉ触媒による反応時間に依存することなく壁厚を制御す
ることを含む。Increasing the reaction time to achieve a higher wall thickness, some models of wall thickness growth assume that the wall thickness growth rate of carbon nanotubes is directly proportional to the CVD deposition time. I do. Increased reaction times improve nanotube crystallization and reduce unwanted graphitization. A modification of the present invention involves producing single-walled carbon nanotubes and still tailoring the reaction time to obtain highly crystallized carbon nanotubes. Yet another variation of this method is a process known to produce thin carbon nanotube walls, regardless of the duration of the CVD reaction, which allows the wall thickness to be independent of the reaction time of the Ni catalyst with the pyrene precursor. Including controlling.

【００７５】 合成されたカーボンナノチューブの質は、触媒、前駆体、反応温度および反応
時間に依存する。ナノチューブの質はまた、基板形状（直径および細孔配向）に
依存する。カーボンナノチューブの適切な整列は、細孔配向に依存する。The quality of the synthesized carbon nanotube depends on the catalyst, the precursor, the reaction temperature and the reaction time. Nanotube quality also depends on the substrate shape (diameter and pore orientation). Proper alignment of carbon nanotubes depends on pore orientation.

【００７６】 反応時間が壁厚を決定するテンプレート法とは異なり、細孔法では、反応時間
がナノチューブ長さを決定する。より長い反応時間は、より長いナノチューブを
生成し、ナノチューブは細孔の表面を越えて突出し得る。反応時間は、ＡＦＭチ
ップについて要求されるとき、約１μｍ長であるカーボンナノチューブを生成す
るように決定されなければならない。細孔法については、壁厚を制御する既知の
手段はない。ナノチューブ壁厚を制御するための手段は、合成されたカーボンナ
ノチューブのガス化である。Unlike the template method in which the reaction time determines the wall thickness, in the pore method, the reaction time determines the nanotube length. Longer reaction times produce longer nanotubes, which can protrude beyond the surface of the pore. Reaction times must be determined to produce carbon nanotubes that are about 1 μm long when required for AFM tips. For the pore method, there is no known means of controlling the wall thickness. A means for controlling the nanotube wall thickness is the gasification of the synthesized carbon nanotubes.

【００７７】 いくつかの例は、合成されたカーボンナノチューブは、損傷なくして剥き出さ
れることが必要である。この工程は、剥き出しエッチャントを選択し、そして最
適除去時間を決定することにより達成される。これらの例では、テンプレート法
を用いて成長させたカーボンナノチューブは、テンプレート層自身が除去される
とき剥き出される。その後、カーボンナノチューブが精製される。ＡＦＭチップ
として機能するために、ＣＶＤテンプレート法で成長したカーボンナノチューブ
は、テンプレートから剥き出されなければならない。剥き出されたカーボンナノ
チューブは、基板から少なくとも１μｍ突出しなければならず、その一方、その
根は、基板と一体化されたままでなければならない。[0077] Some examples require that the synthesized carbon nanotubes be stripped out without damage. This step is accomplished by selecting a bare etchant and determining an optimal removal time. In these examples, the carbon nanotubes grown using the template method are stripped when the template layer itself is removed. Thereafter, the carbon nanotubes are purified. In order to function as an AFM tip, carbon nanotubes grown by the CVD template method must be stripped from the template. The bare carbon nanotubes must protrude at least 1 μm from the substrate, while their roots must remain integral with the substrate.

【００７８】 カーボンナノチューブを剥き出す最も一般的、かつ信頼性のある方法は、ウェ
ットおよびドライエッチングである。本発明の方法は、標準的なウェットエッチ
ャント、および異なるＭＥＭＳ適合基板材料とのそれらの使用に関する大きな知
識基盤を用いて、剥き出しプロセスを制御する。The most common and reliable methods for stripping carbon nanotubes are wet and dry etching. The method of the present invention controls the stripping process using a standard wet etchant and a large knowledge base on their use with different MEMS compatible substrate materials.

【００７９】 エッチャント性質の知識は、エッチング要求と組み合わせ、そしてプロセスの
ための材料について最良のエッチャントを選択するために用いられる。このエッ
チング要求は、所望のエッチング速度および等方性または異方性である、本発明
者らが必要な、エッチングのタイプを含む。異方性エッチングの速度は、エッチ
ングされる材料の結晶学に依存し、そして異方性エッチングは、バルクタイプの
ＭＥＭＳ製作に主に用いられる。等方性エッチングは、表面タイプミクロ機械加
工ＭＥＭＳ製作のために主に用いられる。選択されたエッチャントは、個々のエ
ッチャント、希釈エッチャント、または２〜３のエッチャントの比例的に混合さ
れた組み合わせであり得る。Knowledge of the etchant properties is used in combination with the etch requirements and to select the best etchant for the material for the process. This etch requirement includes the type of etch we need, which is the desired etch rate and isotropic or anisotropic. The rate of anisotropic etching depends on the crystallography of the material being etched, and anisotropic etching is mainly used for bulk type MEMS fabrication. Isotropic etching is primarily used for surface-type micromachined MEMS fabrication. The selected etchant can be an individual etchant, a dilute etchant, or a proportionally mixed combination of a few etchants.

【００８０】 エッチャントはまたＭＥＭＳ適合性でなければならない。ＭＥＭＳ製作と適合
することが知られるエッチャントは、ＫＯＨ、ＨＦ、ＨＦ：ＨＣｌ、Ｈ₃ＰＯ₄、
およびＮａＯＨを含むが、これらのエッチャントに限定される必要はない。剥き
出しエッチャントが、カンチレバー製作で犠牲材料として用いられるＳｉＯ₂お
よび窒化珪素と反応し得る可能性がある。これらの犠牲層は、カーボンナノチュ
ーブの剥き出しを含むすべてのプロセスが終了するまで、カンチレバーをその場
に保持するために用いられる。剥き出しエッチャントと犠牲材料との間の反応は
、カンチレバーを未熟で放出し得る。ＭＥＭＳ製作プロセスの一部として、この
状況は、この剥き出しエッチャントを、カンチレバー放出エッチャントとして同
時に用いられることを可能にする。The etchant must also be MEMS compatible. Etchants known to be compatible with MEMS fabrication include KOH, HF, HF: HCl, H ₃ PO ₄ ,
And NaOH, but need not be limited to these etchants. It is possible that bare etchants may react with SiO ₂ and silicon nitride used as sacrificial materials in cantilever fabrication. These sacrificial layers are used to hold the cantilever in place until all processes, including exposing the carbon nanotubes, are completed. The reaction between the bare etchant and the sacrificial material can release the cantilevers prematurely. As part of the MEMS fabrication process, this situation allows this bare etchant to be used simultaneously as a cantilever emission etchant.

【００８１】 ウェットエッチングのタイミングもまた、ナノチューブの長さ、すなわち、そ
れが基板の底から突出する距離を制御するための手段として用いられる。ナノチ
ューブ長さを制御することにおいて重要な工程は、このエッチングプロセスを、
ナノチューブの所望の長さを曝すだけで、そして構造的支持のために基板中に埋
められたその一部分を維持するように調節することである。The timing of the wet etch is also used as a means to control the length of the nanotube, ie, the distance it protrudes from the bottom of the substrate. An important step in controlling the nanotube length is to use this etching process
The only adjustment is to expose the desired length of the nanotubes, and to maintain that portion buried in the substrate for structural support.

【００８２】 選択されたエッチャントおよび基板について、エッチング速度は、経験的に決
定され得るか、または公知である。エッチング速度を知ることで、所望の長さの
ナノチューブを剥き出すエッチング時間が計算される。カーボンナノチューブの
所望の全長は、テンプレートの長さである。基板中に包埋されたままでなければ
ならないナノチューブの長さは、テンプレートがエッチングされて除去されなけ
ればならない深さを決定する。所望の強度を備えたＡＦＭチップとして作用する
ために、ナノチューブは、その深さまで、基板中に包埋されなければならない。For selected etchants and substrates, the etch rate can be determined empirically or is known. Knowing the etch rate, the etch time for stripping the desired length of nanotube is calculated. The desired overall length of the carbon nanotube is the length of the template. The length of nanotubes that must remain embedded in the substrate determines the depth at which the template must be etched and removed. In order to act as an AFM tip with the desired strength, the nanotube must be embedded in the substrate to its depth.

【００８３】 エッチャントが、カンチレバーの放出と、ナノチューブの剥き出しを同時に行
う特別な場合について、最適エッチング時間を分析的に決定し得る。しかし、こ
の予測はより複雑である。第１に、上記のように、剥き出しプロセスのためのエ
ッチング時間が決定される。次いで、同時に溶解されなければならない犠牲的な
層（異なる材料を備える）の深さが決定される。この計算はまた、同じエッチャ
ントおよびエッチングされる材料について、垂直および側方エッチング速度にお
ける差異を説明しなければならない。これは重要な問題である。なぜなら、カン
チレバーの下の犠牲材料は、垂直および側方エッチングにより除去されなければ
ならないである。For the special case where the etchant simultaneously releases the cantilever and exposes the nanotubes, the optimum etching time can be analytically determined. However, this prediction is more complicated. First, as described above, the etching time for the stripping process is determined. Then, the depth of the sacrificial layers (with different materials) that must be dissolved at the same time is determined. This calculation must also account for differences in vertical and lateral etch rates for the same etchant and the material being etched. This is an important issue. Because the sacrificial material under the cantilever must be removed by vertical and side etching.

【００８４】 剥き出し方法として多層戦略は、別の改変であり、テンプレート基板の２つの
層の使用を含み、ここで上層が、エッチャントに対し非耐性であり、そして下層
がエッチャントに耐性である。この多層戦略は、ナノチューブ剥き出しプロセス
を自己調節性にする。このアプローチはまた、カーボンナノチューブチップの長
さを正確に制御するための効果的な方法を提供する。As a bare method, the multi-layer strategy is another modification, which involves the use of two layers of a template substrate, where the upper layer is non-resistant to the etchant and the lower layer is resistant to the etchant. This multilayer strategy makes the nanotube stripping process self-regulating. This approach also provides an effective way to accurately control the length of carbon nanotube tips.

【００８５】 本発明を詳細に記載したが、種々の改変、置換および変形が、添付の請求項に
より記載されるように、本発明の思想および範囲を逸脱することなく、それにつ
いてなされ得ることが理解されるべきである。Having described the invention in detail, various modifications, substitutions, and variations can be made therein without departing from the spirit and scope of the invention, as set forth in the appended claims. It should be understood.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図１】 図１は、本発明の１つの方法を、流れ図として示す。FIG. 1 shows one method of the present invention as a flow diagram.

【図２】 図２は、カーボンナノチューブチップを製造するためのテンプレート法を示す
。FIG. 2 shows a template method for manufacturing a carbon nanotube chip.

【図３】 図３は、カーボンナノチューブチップを製造するための細孔法を示す。FIG. 3 shows a pore method for producing carbon nanotube chips.

【図４】 図４は、基板上の正確な配置において、制御可能な直径、および制御可能な深
さで作製された孔（ＮＣＲＳ）を示す。FIG. 4 shows holes (NCRS) made with a controllable diameter and controllable depth in precise placement on the substrate.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｇ１２Ｂ 21/08 Ｇ１２Ｂ 1/00 ６０１Ｄ ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (51) Int.Cl. ⁷ Identification symbol FI Theme coat ゛ (Reference) G12B 21/08 G12B 1/00 601D

Claims (81)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項１】 ＭＥＭＳデバイスの機能的要素として、少なくとも１つのカ
ーボンナノチューブを製造するための方法であって、該方法は以下の工程： 少なくとも１つのカーボンナノチューブの成長のためにＭＥＭＳ基板を調製す
る工程； ナノサイズの触媒保持構造を該ＭＥＭＳ基板上の所定の配置において第一層内
で作製する工程であって、ここで該配置が、該ＭＥＭＳ基板上での該少なくとも
１つのカーボンナノチューブの位置を決定する、工程； ナノチューブ触媒を該ナノサイズ触媒保持構造内に配置する工程；および 該少なくとも１つのカーボンナノチューブを該触媒保持構造内に合成する工程
、 を包含する方法。1. A method for producing at least one carbon nanotube as a functional element of a MEMS device, the method comprising the steps of: preparing a MEMS substrate for growing at least one carbon nanotube. Forming a nano-sized catalyst holding structure in a first layer in a predetermined arrangement on the MEMS substrate, wherein the arrangement is a position of the at least one carbon nanotube on the MEMS substrate. Locating a nanotube catalyst within the nanosized catalyst holding structure; and synthesizing the at least one carbon nanotube within the catalyst holding structure. 【請求項２】 以下の工程： 前記第一層を前記ＭＥＭＳ基板から除去して該ナノチューブを露出する工程で
あって、ここで該第一層が犠牲層である、工程 をさらに包含する請求項１に記載の方法。2. The method of claim 1, further comprising: removing said first layer from said MEMS substrate to expose said nanotubes, wherein said first layer is a sacrificial layer. 2. The method according to 1. 【請求項３】 前記ナノサイズ触媒保持構造が、制御された配置、方向、形
状、直径および深さを有する、請求項１に記載の方法。3. The method of claim 1, wherein the nano-sized catalyst holding structure has a controlled location, orientation, shape, diameter and depth. 【請求項４】 前記ナノサイズ触媒保持構造が、前記少なくとも１つのカー
ボンナノチューブの配置、方向、形状、直径および長さを制御するためのテンプ
レートとして作用する、請求項１に記載の方法。4. The method of claim 1, wherein the nano-sized catalyst holding structure acts as a template for controlling the location, orientation, shape, diameter, and length of the at least one carbon nanotube. 【請求項５】 前記ナノサイズ触媒保持構造が、前記少なくとも１つのカー
ボンナノチューブの直径を制御する、請求項１に記載の方法。5. The method of claim 1, wherein the nano-sized catalyst holding structure controls a diameter of the at least one carbon nanotube. 【請求項６】 前記ナノサイズ触媒保持構造が、前記少なくとも１つのカー
ボンナノチューブの長さを制御する、請求項１に記載の方法。6. The method of claim 1, wherein the nano-sized catalyst holding structure controls a length of the at least one carbon nanotube. 【請求項７】 前記ナノサイズ触媒保持構造が、前記少なくとも１つのカー
ボンナノチューブの前記ＭＥＭＳ基板に対する方向を制御する、請求項１に記載
の方法。7. The method of claim 1, wherein the nano-sized catalyst holding structure controls a direction of the at least one carbon nanotube with respect to the MEMS substrate. 【請求項８】 前記少なくとも１つのカーボンナノチューブの前記ＭＥＭＳ
基板に対する方向が、該ＭＥＭＳ基板に対する角度である、請求項１に記載の方
法。8. The MEMS of the at least one carbon nanotube
The method of claim 1, wherein the direction with respect to the substrate is an angle with respect to the MEMS substrate. 【請求項９】 前記少なくとも１つのカーボンナノチューブの前記ＭＥＭＳ
基板に対する方向が、該ＭＥＭＳ基板に直交する、請求項１に記載の方法。9. The MEMS of the at least one carbon nanotube
The method of claim 1, wherein a direction to the substrate is orthogonal to the MEMS substrate. 【請求項１０】 前記ナノサイズ触媒保持構造を前記ＭＥＭＳ基板上の所定
の配置において作製する工程が、電子化学的工程である、請求項１に記載の方法
。10. The method according to claim 1, wherein the step of forming the nano-sized catalyst holding structure in a predetermined arrangement on the MEMS substrate is an electrochemical step. 【請求項１１】 前記ナノサイズ触媒保持構造を前記ＭＥＭＳ基板上の所定
の配置において作製する工程が、光電子化学的エッチング工程である、請求項１
に記載の方法。11. The step of producing the nano-sized catalyst holding structure in a predetermined arrangement on the MEMS substrate is a photoelectrochemical etching step.
The method described in. 【請求項１２】 前記ナノサイズ触媒保持構造を前記ＭＥＭＳ基板上で所定
の配置において作製する工程が、電子化学的エッチング工程である、請求項１に
記載の方法。12. The method according to claim 1, wherein the step of forming the nano-sized catalyst holding structure in a predetermined arrangement on the MEMS substrate is an electrochemical etching step. 【請求項１３】 前記ナノサイズ触媒保持構造を前記ＭＥＭＳ基板上で所定
の配置において作製する工程が、機械的工程である、請求項１に記載の方法。13. The method according to claim 1, wherein the step of forming the nano-sized catalyst holding structure in a predetermined arrangement on the MEMS substrate is a mechanical step. 【請求項１４】 前記ナノサイズ触媒保持構造を前記ＭＥＭＳ基板上の所定
の配置において作製する工程が、電子線を用いて達成される、請求項１に記載の
方法。14. The method of claim 1, wherein the step of fabricating the nano-sized catalyst holding structure in a predetermined arrangement on the MEMS substrate is achieved using an electron beam. 【請求項１５】 前記ナノサイズ触媒保持構造を前記ＭＥＭＳ基板上で所定
の配置において作製する工程が、イオンビームを用いて達成される、請求項１に
記載の方法。15. The method of claim 1, wherein the step of fabricating the nano-sized catalyst holding structure in a predetermined arrangement on the MEMS substrate is achieved using an ion beam. 【請求項１６】 前記ナノサイズ触媒保持構造を前記ＭＥＭＳ基板上の所
定の配置において作製する工程が、リソグラフィー工程であり、ここで該リソグ
ラフィー工程が、ｘ線リソグラフィー、深ＵＶリソグラフィー、走査プローブリ
ソグラフィー、電子線リソグラフィー、イオンビームリソグラフィー、および光
リソグラフィー、からなる群から選択された工程である、請求項１に記載の方法
。16. The step of forming the nano-sized catalyst holding structure in a predetermined arrangement on the MEMS substrate is a lithography step, wherein the lithography step includes x-ray lithography, deep UV lithography, scanning probe lithography, The method of claim 1, wherein the method is a step selected from the group consisting of electron beam lithography, ion beam lithography, and optical lithography. 【請求項１７】 前記ナノチューブ触媒を前記ナノサイズ触媒保持構造内に
配置する工程が、電気化学析出、化学析出、電気酸化、電気めっき、スパッタリ
ング、熱拡散および蒸発、物理蒸着、ゾルゲル析出、ならびに化学蒸着、からな
る群から選択された工程を使用して、該ナノチューブ触媒を析出する、請求項１
に記載の方法。17. The method according to claim 17, wherein the step of disposing the nanotube catalyst in the nanosized catalyst holding structure comprises electrochemical deposition, chemical deposition, electro-oxidation, electroplating, sputtering, thermal diffusion and evaporation, physical vapor deposition, sol-gel deposition, and chemical deposition. 2. The method of claim 1 wherein the nanotube catalyst is deposited using a process selected from the group consisting of vapor deposition.
The method described in. 【請求項１８】 前記ナノチューブを前記ナノサイズ触媒保持構造内で合成
する工程が、ハイドロカーバイドの熱拡散を析出を包含する、請求項１に記載の
方法。18. The method of claim 1, wherein synthesizing the nanotubes within the nanosized catalyst holding structure comprises depositing thermal diffusion of a hydrocarbide. 【請求項１９】 前記ナノチューブを前記ナノサイズ触媒保持構造内で合成
する工程が、化学蒸着工程を包含し、ここで該化学蒸着工程の反応時間が、前記
少なくとも１つのカーボンナノチューブの長さを制御するように操作される、請
求項１に記載の方法。19. The step of synthesizing the nanotubes in the nanosized catalyst holding structure comprises a chemical vapor deposition step, wherein a reaction time of the chemical vapor deposition step controls a length of the at least one carbon nanotube. The method of claim 1, wherein the method is operated to: 【請求項２０】 前記ナノチューブを前記ナノサイズ触媒保持構造内で合成
する工程が、化学蒸着工程を包含し、ここで該化学蒸着工程のプロセスパラメー
タが、前記少なくとも１つのカーボンナノチューブの壁厚を制御するように操作
される、請求項１に記載の方法。20. The step of synthesizing the nanotubes in the nanosized catalyst holding structure comprises a chemical vapor deposition step, wherein process parameters of the chemical vapor deposition step control a wall thickness of the at least one carbon nanotube. The method of claim 1, wherein the method is operated to: 【請求項２１】 前記ナノサイズ触媒保持構造の直径を減少する工程をさら
に包含する、請求項１に記載の方法。21. The method of claim 1, further comprising reducing the diameter of the nanosized catalyst holding structure. 【請求項２２】 前記ナノサイズ触媒保持構造の直径を減少する工程および
前記配置する工程が、該ナノサイズ触媒保持構造を、電気化学析出、化学析出、
電気酸化、電気めっき、スパッタリング、熱拡散および蒸発、物理蒸着、ゾルゲ
ル析出、ならびに化学蒸着、からなる群から選択された工程で充填する工程を包
含する、請求項２１に記載の方法。22. The step of reducing the diameter of the nano-sized catalyst holding structure and the step of disposing the nano-sized catalyst holding structure, comprising:
22. The method of claim 21, comprising filling with a step selected from the group consisting of electrooxidation, electroplating, sputtering, thermal diffusion and evaporation, physical vapor deposition, sol-gel deposition, and chemical vapor deposition. 【請求項２３】 前記ナノサイズ触媒保持構造の直径を減少する工程、およ
び該ナノチューブ触媒を該ナノサイズ触媒保持構造内に配置する工程が、同時に
実行されて、ここで該ナノサイズ触媒保持構造の直径を該減少する工程が、電気
化学析出、化学析出、電気酸化、電気めっき、スパッタリング、熱拡散および蒸
発、物理蒸着、ゾルゲル析出、ならびに化学蒸着、からなる群から選択された工
程を使用し、ここで該ナノチューブ触媒を該ナノサイズ触媒保持構造内に配置す
る工程が、電気化学析出、化学析出、電気酸化、電気めっき、スパッタリング、
熱拡散および蒸発、物理蒸着、ゾルゲル析出、ならびに化学蒸着、からなる群か
ら選択された工程を使用する、請求項２１に記載の方法。23. The step of reducing the diameter of the nano-sized catalyst holding structure and the step of placing the nanotube catalyst in the nano-sized catalyst holding structure are performed simultaneously, wherein the nano-sized catalyst holding structure is The step of reducing the diameter uses a step selected from the group consisting of electrochemical deposition, chemical deposition, electro-oxidation, electroplating, sputtering, thermal diffusion and evaporation, physical vapor deposition, sol-gel deposition, and chemical vapor deposition; Here, the step of disposing the nanotube catalyst in the nano-sized catalyst holding structure includes electrochemical deposition, chemical deposition, electro-oxidation, electroplating, sputtering,
22. The method according to claim 21, wherein a process selected from the group consisting of thermal diffusion and evaporation, physical vapor deposition, sol-gel deposition, and chemical vapor deposition is used. 【請求項２４】 前記ナノチューブを精製する工程をさらに包含する、請求
項１に記載の方法。24. The method of claim 1, further comprising purifying the nanotube. 【請求項２５】 前記ＭＥＭＳ基板が、ＡＦＭカンチレバーである、請求項
１に記載の方法。25. The method of claim 1, wherein said MEMS substrate is an AFM cantilever. 【請求項２６】 前記カーボンナノチューブが、１００ｎｍ未満の直径を有
する、請求項１に記載の方法。26. The method of claim 1, wherein said carbon nanotubes have a diameter of less than 100 nm. 【請求項２７】 前記カーボンナノチューブが、１０：１のアスペクト比の
１００ｎｍ未満の直径を有する、請求項１に記載の方法。27. The method of claim 1, wherein the carbon nanotubes have a diameter of less than 100 nm with a 10: 1 aspect ratio. 【請求項２８】 前記ナノサイズ触媒保持構造が、変化する直径を有した前
記ナノチューブを作製する変化する直径を有する、請求項１に記載の方法。28. The method of claim 1, wherein the nanosized catalyst holding structure has a varying diameter to create the nanotube with a varying diameter. 【請求項２９】 前記ナノサイズ触媒保持構造が、変化する垂直プロファイ
ルを有した前記ナノチューブを作製する変化する垂直プロファイルを有する、請
求項１に記載の方法。29. The method of claim 1, wherein the nanosized catalyst holding structure has a varying vertical profile that creates the nanotube with a varying vertical profile. 【請求項３０】 前記ナノサイズ触媒保持構造が、テーパー状垂直プロファ
イルを有した前記ナノチューブを作製するテーパー状垂直プロファイルを有する
、請求項１に記載の方法。30. The method of claim 1, wherein the nanosized catalyst retention structure has a tapered vertical profile that creates the nanotube with a tapered vertical profile. 【請求項３１】 以下の工程： 少なくとも１つの第二の層を前記ＭＥＭＳ基板上の所定の配置において析出す
る工程； 第二のナノサイズ触媒保持構造を該ＭＥＭＳ基板上の所定の配置において前記
少なくとも１つの第二犠牲層において作製する工程； 前記ナノチューブ触媒を該第二のナノサイズ触媒保持構造内で析出する工程；
および、 第二のナノチューブを該第二のナノサイズ触媒保持構造内で成長させる工程、
をさらに包含する、請求項１に記載の方法。31. depositing at least one second layer in a predetermined arrangement on the MEMS substrate; and depositing a second nanosized catalyst holding structure in the predetermined arrangement on the MEMS substrate. Making in one second sacrificial layer; depositing the nanotube catalyst in the second nanosized catalyst holding structure;
Growing a second nanotube in the second nanosized catalyst holding structure;
The method of claim 1, further comprising: 【請求項３２】 以下の工程： 前記少なくとも１つの第二の層を前記ＭＥＭＳ基板から除去して前記ナノチュ
ーブを露出し、ここで該第二の層が犠牲層である、工程； をさらに包含する、請求項１に記載の方法。32. The method further comprising: removing the at least one second layer from the MEMS substrate to expose the nanotubes, wherein the second layer is a sacrificial layer. The method of claim 1. 【請求項３３】 前記ナノサイズ触媒構造が、円柱状、球状、円環曲面状（
ｆｏｒｏｉｄ−ｌｉｋｅ）、螺旋、からなる群から選択された少なくとも１つの
形状から選択された形状を有する、請求項１に記載の方法。33. The nano-sized catalyst structure has a columnar shape, a spherical shape, an annular curved shape (
The method of claim 1, wherein the method has a shape selected from at least one shape selected from the group consisting of foroid-like, spiral. 【請求項３４】 少なくとも１つのカーボンナノチューブをＭＥＭＳデバイ
スの機能的要素として製造するための方法であって、以下： 該少なくとも１つのカーボンナノチューブの成長のためにＭＥＭＳ基板を調製
する工程； ナノサイズ触媒保持構造を該ＭＥＭＳ基板上の所定の配置において第一の層内
で作製する工程であって、ここで該配置が該ＭＥＭＳ基板上での該少なくとも１
つのカーボンナノチューブの位置を決定する、工程； ナノチューブ触媒を該ナノサイズ触媒保持構造内で低部表面上に配置する工程
；および 該少なくとも１つのカーボンナノチューブを該触媒保持構造内で合成する工程
、 を包含する方法。34. A method for producing at least one carbon nanotube as a functional element of a MEMS device, comprising: preparing a MEMS substrate for growing the at least one carbon nanotube; Making a holding structure in a first layer in a predetermined arrangement on the MEMS substrate, wherein the arrangement comprises the at least one
Locating the two carbon nanotubes; disposing a nanotube catalyst on a lower surface in the nanosized catalyst holding structure; and synthesizing the at least one carbon nanotube in the catalyst holding structure. How to include. 【請求項３５】 以下の工程： 前記第一の層を前記ＭＥＭＳ基板から除去して前記ナノチューブを露出する工
程であって、ここで該第一の層が犠牲層である、工程、 をさらに包含する、請求項３４に記載の方法。35. The method of claim 35, further comprising: removing the first layer from the MEMS substrate to expose the nanotubes, wherein the first layer is a sacrificial layer. 35. The method of claim 34, wherein 【請求項３６】 前記ナノサイズ触媒保持構造が、制御された配置、方向、
形状、直径および深さを有する、請求項３４に記載の方法。36. The nano-sized catalyst holding structure has a controlled location, orientation,
35. The method of claim 34, having a shape, diameter, and depth. 【請求項３７】 前記ナノサイズ触媒保持構造が、前記少なくとも１つのカ
ーボンナノチューブの配置、方向、および直径を制御するための細孔として作用
する、請求項３４に記載の方法。37. The method of claim 34, wherein said nanosized catalyst holding structure acts as a pore to control the location, orientation, and diameter of said at least one carbon nanotube. 【請求項３８】 前記ナノサイズ触媒保持構造が、前記少なくとも１つのカ
ーボンナノチューブの直径を制御する、請求項３４に記載の方法。38. The method of claim 34, wherein said nanosized catalyst holding structure controls a diameter of said at least one carbon nanotube. 【請求項３９】 前記ナノサイズ触媒保持構造が、前記少なくとも１つのカ
ーボンナノチューブの前記ＭＥＭＳ基板に対する配向を制御する、請求項３４に
記載の方法。39. The method of claim 34, wherein the nano-sized catalyst holding structure controls an orientation of the at least one carbon nanotube with respect to the MEMS substrate. 【請求項４０】 前記少なくとも１つのカーボンナノチューブの前記ＭＥＭ
Ｓ基板に対する配向が、該ＭＥＭＳ基板に対する所定の角度である、請求項３４
に記載の方法。40. The MEM of the at least one carbon nanotube
35. The orientation with respect to the S substrate is a predetermined angle with respect to the MEMS substrate.
The method described in. 【請求項４１】 前記少なくとも１つのカーボンナノチューブの前記ＭＥＭ
Ｓ基板に対する配向が、該ＭＥＭＳ基板に対して直交する、請求項３４に記載の
方法。41. The MEM of the at least one carbon nanotube
35. The method of claim 34, wherein the orientation relative to the S substrate is orthogonal to the MEMS substrate. 【請求項４２】 ナノサイズ触媒保持構造を前記ＭＥＭＳ基板上で所定の配
置において作製する前記工程が、電気化学的工程、光電気化学エッチング工程、
電気化学エッチング工程、機械的工程、電子線工程、イオンビーム工程、および
リソグラフィー工程、からなる群から選択された工程であり、ここで該リソグラ
フィー工程が、ｘ線リソグラフィー、深ＵＶリソグラフィー、走査プローブリソ
グラフィー、電子線リソグラフィー、イオンビームリソグラフィー、および光リ
ソグラフィー、からなる群から選択された工程である、請求項３４に記載の方法
。42. The step of fabricating a nano-sized catalyst holding structure in a predetermined arrangement on the MEMS substrate includes an electrochemical step, a photoelectrochemical etching step,
A step selected from the group consisting of an electrochemical etching step, a mechanical step, an electron beam step, an ion beam step, and a lithography step, wherein the lithography step is x-ray lithography, deep UV lithography, scanning probe lithography 35. The method of claim 34, wherein the method is selected from the group consisting of: electron beam lithography, ion beam lithography, and optical lithography. 【請求項４３】 前記ナノチューブ触媒を前記ナノサイズ触媒保持構造内に
配置する前記工程が、電気化学析出、化学析出、電気酸化、電気めっき、スパッ
タリング、熱拡散および蒸発、物理蒸着、ゾルゲル析出、ならびに化学蒸着、か
らなる群から選択された工程を使用する、請求項３４に記載の方法。43. The step of disposing the nanotube catalyst in the nanosized catalyst holding structure includes electrochemical deposition, chemical deposition, electro-oxidation, electroplating, sputtering, thermal diffusion and evaporation, physical vapor deposition, sol-gel deposition, and 35. The method of claim 34, wherein the method uses a step selected from the group consisting of chemical vapor deposition. 【請求項４４】 前記ナノチューブを前記ナノサイズ触媒保持構造内で合成
する前記工程が、ハイドロカーバイドの熱析出を包含する、請求項３４に記載の
方法。44. The method of claim 34, wherein said step of synthesizing said nanotubes within said nanosized catalyst holding structure comprises thermal precipitation of a hydrocarbide. 【請求項４５】 前記ナノチューブを前記ナノサイズ触媒保持構造内で合成
する工程が、化学蒸着工程を包含し、ここで該化学蒸着工程の反応時間が、前記
少なくとも１つのカーボンナノチューブの長さを制御するように操作される、請
求項３４に記載の方法。45. The step of synthesizing the nanotubes within the nanosized catalyst holding structure comprises a chemical vapor deposition step, wherein a reaction time of the chemical vapor deposition step controls a length of the at least one carbon nanotube. 35. The method of claim 34, wherein the method is operated to: 【請求項４６】 前記ナノチューブを前記ナノサイズ触媒保持構造内で合成
する工程が、化学蒸着工程を包含し、ここで該化学蒸着工程のプロセスパラメー
タが前記少なくとも１つのカーボンナノチューブの壁厚を制御するよう操作され
る、請求項３４に記載の方法。46. The step of synthesizing the nanotubes in the nano-sized catalyst holding structure comprises a chemical vapor deposition step, wherein process parameters of the chemical vapor deposition step control the wall thickness of the at least one carbon nanotube. 35. The method of claim 34, wherein the method is operated. 【請求項４７】 前記ナノサイズ触媒保持構造の直径を減少する工程をさら
に包含する、請求項３４に記載の方法。47. The method of claim 34, further comprising reducing the diameter of the nanosized catalyst holding structure. 【請求項４８】 前記ナノサイズ触媒保持構造の直径を減少する工程および
前記配置する工程が、該ナノサイズ触媒保持構造を、電気化学析出、化学析出、
電気酸化、電気めっき、スパッタリング、熱拡散および蒸発、物理蒸着、ゾルゲ
ル析出、ならびに化学蒸着、からなる群から選択された工程で充填する工程を包
含する、請求項４７に記載の方法。48. The step of reducing the diameter of the nano-sized catalyst holding structure and the step of disposing the nano-sized catalyst holding structure, comprising:
50. The method of claim 47, comprising filling with a step selected from the group consisting of electrooxidation, electroplating, sputtering, thermal diffusion and evaporation, physical vapor deposition, sol-gel deposition, and chemical vapor deposition. 【請求項４９】 前記ナノサイズ触媒保持構造の直径を減少する工程、およ
び前記ナノチューブ触媒を該ナノサイズ触媒保持構造内に配置する工程が、同時
に実行されて、該ナノサイズ触媒保持構造の直径を減少する工程が、電気化学析
出、化学析出、電気酸化、電気めっき、スパッタリング、熱拡散および蒸発、物
理蒸着、ゾルゲル析出、ならびに化学蒸着、からなる群から選択された工程を使
用し、該ナノチューブ触媒を該ナノサイズ触媒保持構造内に配置する工程が、電
気化学析出、化学析出、電気酸化、電気めっき、スパッタリング、熱拡散および
蒸発、物理蒸着、ゾルゲル析出、ならびに化学蒸着からなる群から選択された工
程を使用して、該ナノチューブ触媒を析出する、該請求項４７に記載の方法。49. The step of reducing the diameter of the nano-sized catalyst holding structure and the step of placing the nanotube catalyst in the nano-sized catalyst holding structure are performed simultaneously to reduce the diameter of the nano-sized catalyst holding structure. The nanotube catalyst using a process selected from the group consisting of electrochemical deposition, chemical deposition, electrooxidation, electroplating, sputtering, thermal diffusion and evaporation, physical vapor deposition, sol-gel deposition, and chemical vapor deposition. Disposing in the nanosized catalyst holding structure was selected from the group consisting of electrochemical deposition, chemical deposition, electrooxidation, electroplating, sputtering, thermal diffusion and evaporation, physical vapor deposition, sol-gel deposition, and chemical vapor deposition. 48. The method of claim 47, wherein a step is used to deposit the nanotube catalyst. 【請求項５０】 前記ナノチューブを精製する工程をさらに包含する、請求
項３４に記載の方法。50. The method of claim 34, further comprising purifying the nanotube. 【請求項５１】 前記ＭＥＭＳ基板が、ＡＦＭカンチレバーである、請求項
３４に記載の方法。51. The method of claim 34, wherein said MEMS substrate is an AFM cantilever. 【請求項５２】 前記カーボンナノチューブが、１００ｎｍ未満の直径を有
する、請求項３４に記載の方法。52. The method of claim 34, wherein said carbon nanotubes have a diameter of less than 100 nm. 【請求項５３】 前記カーボンナノチューブが、１０：１のアスペクト比の
１００ｎｍ未満の直径を有する、請求項３４に記載の方法。53. The method of claim 34, wherein the carbon nanotubes have a diameter of less than 100 nm with a 10: 1 aspect ratio. 【請求項５４】 以下の工程： 少なくとも１つの第二の層を前記ＭＥＭＳ基板上の所定の配置に析出する工程
； 第二のナノサイズ触媒保持構造を該ＭＥＭＳ基板上の所定の配置に前記少なく
とも１つの第二犠牲層において作製する工程； 前記ナノチューブ触媒を該第二ナノサイズ触媒保持構造内に析出する工程；お
よび、 第二ナノチューブを該第二ナノサイズ触媒保持構造内で成長させる工程、 をさらに包含する、請求項３４に記載の方法。54. Depositing at least one second layer in a predetermined arrangement on the MEMS substrate; placing a second nano-sized catalyst holding structure in the predetermined arrangement on the MEMS substrate. Forming in one second sacrificial layer; depositing the nanotube catalyst in the second nanosized catalyst holding structure; and growing a second nanotube in the second nanosized catalyst holding structure. 35. The method of claim 34, further comprising: 【請求項５５】 以下の工程： 前記少なくとも１つの第二の層を前記ＭＥＭＳ基板から除去して、前記ナノチ
ューブを露出する工程であって、ここで該第二の層が犠牲層である工程、 をさらに包含する、請求項３４に記載の方法。55. The following steps: removing said at least one second layer from said MEMS substrate to expose said nanotubes, wherein said second layer is a sacrificial layer; 35. The method of claim 34, further comprising: 【請求項５６】 ＭＥＭＳデバイスの機能的要素としてカーボンナノチュー
ブのパターンを製造するための方法であって、以下の工程： カーボンナノチューブのパターンの成長のためにＭＥＭＳ基板を調製する工程
； 該ＭＥＭＳ基板上における所定の配置において、第一の層においてナノサイズ
触媒保持構造を作製する工程であって、ここで該配置が、該ＭＥＭＳ基板上のカ
ーボンナノチューブのパターンの位置を決定する、工程； ナノチューブ触媒を該ナノサイズ触媒保持構造内に配置する工程；および カーボンナノチューブのパターンを該触媒保持構造内で合成する工程； を包含する方法。56. A method for producing a pattern of carbon nanotubes as a functional element of a MEMS device, comprising the steps of: preparing a MEMS substrate for growing a pattern of carbon nanotubes; Forming a nanosized catalyst holding structure in the first layer in the predetermined arrangement in the step, wherein the arrangement determines a position of a pattern of carbon nanotubes on the MEMS substrate; Disposing the carbon nanotube in the nano-sized catalyst holding structure; and synthesizing a pattern of carbon nanotubes in the catalyst holding structure. 【請求項５７】 以下の工程： 前記第一の層を前記ＭＥＭＳ基板から除去して、前記ナノチューブを露出する
工程であって、ここで該第一の層が犠牲層である、工程； をさらに包含する、請求項５６に記載の方法。57. The method of claim 57, further comprising: removing the first layer from the MEMS substrate to expose the nanotubes, wherein the first layer is a sacrificial layer. 57. The method of claim 56, comprising. 【請求項５８】 前記ナノサイズ触媒保持構造が、制御された配置、方向、
形状、直径、および深さ、を有する、請求項５６に記載の方法。58. The nano-sized catalyst holding structure may have a controlled location, orientation,
57. The method of claim 56, having a shape, a diameter, and a depth. 【請求項５９】 前記ナノサイズ触媒保持構造が、カーボンナノチューブの
パターンの配置、方向、形状、直径および長さ、を制御するためのテンプレート
として作用する、請求項５６に記載の方法。59. The method of claim 56, wherein said nanosized catalyst holding structure acts as a template for controlling the placement, orientation, shape, diameter and length of a pattern of carbon nanotubes. 【請求項６０】 前記ナノサイズ触媒保持構造を前記ＭＥＭＳ基板上の所定
の配置において作製する工程が、電気化学的工程、光電気化学的エッチング工程
、電気化学的エッチング工程、機械的工程、電子線工程、イオンビーム工程、お
よびリソグラフィー工程からなる群から選択された工程であり、ここで該リソグ
ラフィー工程がｘ線リソグラフィー、深ＵＶリソグラフィー、走査プローブリソ
グラフィー、電子線リソグラフィー、イオンビームリソグラフィー、および光リ
ソグラフィー、からなる群から選択された工程である、請求項５６に記載の方法
。60. The step of manufacturing the nano-sized catalyst holding structure in a predetermined arrangement on the MEMS substrate includes an electrochemical step, a photoelectrochemical etching step, an electrochemical etching step, a mechanical step, an electron beam. A step selected from the group consisting of a step, an ion beam step, and a lithography step, wherein the lithography step is x-ray lithography, deep UV lithography, scanning probe lithography, electron beam lithography, ion beam lithography, and optical lithography; 57. The method of claim 56, wherein the method is a step selected from the group consisting of: 【請求項６１】 前記ナノチューブ触媒を前記ナノサイズ触媒保持構造内に
配置する工程が、化学析出、電気酸化、電気めっき、スパッタリング、物理蒸着
、および化学蒸着、からなる群から選択された工程を使用して、該ナノチューブ
触媒を析出する、請求項５６に記載の方法。61. The step of disposing the nanotube catalyst in the nano-sized catalyst holding structure uses a step selected from the group consisting of chemical deposition, electro-oxidation, electroplating, sputtering, physical vapor deposition, and chemical vapor deposition. 57. The method of claim 56, wherein the nanotube catalyst is deposited. 【請求項６２】 前記ナノチューブを前記ナノサイズ触媒保持構造内で合成
する工程が、ハイドロカーバイドの熱析出を包含する、請求項５６に記載の方法
。62. The method of claim 56, wherein synthesizing the nanotubes within the nanosized catalyst holding structure comprises thermal precipitation of a hydrocarbide. 【請求項６３】 前記ナノチューブを前記ナノサイズ触媒保持構造内で合成
する工程が、化学蒸着工程を包含し、ここで該化学蒸着工程の反応時間が操作さ
れて、カーボンナノチューブのパターンの長さを制御する、請求項５６に記載の
方法。63. The step of synthesizing the nanotubes within the nanosized catalyst holding structure comprises a chemical vapor deposition step, wherein the reaction time of the chemical vapor deposition step is manipulated to reduce the length of the pattern of carbon nanotubes. 57. The method of claim 56, wherein controlling. 【請求項６４】 前記ナノチューブを前記ナノサイズ触媒保持構造内で合成
する工程が、化学蒸着工程を包含し、ここで該化学蒸着工程のプロセスパラメー
タが、操作されてカーボンナノチューブのパターンの壁厚を制御する、請求項５
６に記載の方法。64. The step of synthesizing the nanotubes within the nanosized catalyst holding structure comprises a chemical vapor deposition step, wherein process parameters of the chemical vapor deposition step are manipulated to reduce the wall thickness of the pattern of carbon nanotubes. Controlling, claim 5
7. The method according to 6. 【請求項６５】 前記カーボンナノチューブのパターンを精製する工程をさ
らに包含する、請求項５６に記載の方法。65. The method of claim 56, further comprising purifying the pattern of carbon nanotubes. 【請求項６６】 以下の工程： 少なくとも１つの第二の層を前記ＭＥＭＳ基板上の所定の配置において析出す
る工程； 第二のナノサイズ触媒保持構造を該ＭＥＭＳ基板上の所定の配置において少な
くとも１つの第二の犠牲層内で作製する工程； 該ナノチューブ触媒を該第二のナノサイズ触媒保持構造内で析出する工程；お
よび、 第二のパターンのカーボンナノチューブを該第二のナノサイズ触媒保持構造内
で成長させる工程、 をさらに包含する、請求項５６に記載の方法。66. Depositing at least one second layer in a predetermined arrangement on the MEMS substrate; and depositing a second nanosized catalyst holding structure in at least one predetermined arrangement on the MEMS substrate. Making the nanotube catalyst in the second nano-sized catalyst holding structure; and depositing a second pattern of carbon nanotubes in the second nano-sized catalyst holding structure. 57. The method of claim 56, further comprising: growing in. 【請求項６７】 以下の工程： 前記少なくとも１つの第二の層を前記ＭＥＭＳ基板から除去して前記ナノチュ
ーブを露出する工程であって、ここで該第二の層が犠牲層である、工程、 をさらに包含する、請求項５６に記載の方法。67. The step of: removing the at least one second layer from the MEMS substrate to expose the nanotubes, wherein the second layer is a sacrificial layer. 57. The method of claim 56, further comprising: 【請求項６８】 フラットパネルディスプレイであって、以下： 基板上に形成される多量のカーボンナノチューブ；および 該多量のカーボンナノチューブに結合された制御システム、 を備える、フラットパネルディスプレイ。68. A flat panel display, comprising: a quantity of carbon nanotubes formed on a substrate; and a control system coupled to the quantity of carbon nanotubes. 【請求項６９】 前記多量のカーボンナノチューブが、以下の工程： ＭＥＭＳ基板をカーボンナノチューブのパターンの成長のために調製する工程
； ナノサイズ触媒保持構造を該ＭＥＭＳ基板上の所定の配置において第一の層内
で作製する工程であって、ここで該配置が該ＭＥＭＳ基板上のカーボンナノチュ
ーブのパターンの位置を決定する、工程； ナノチューブ触媒を該ナノサイズ触媒保持構造内で配置する工程；および、 該カーボンナノチューブのパターンを該触媒保持構造内で合成する工程、 により形成される、請求項６８に記載のフラットパネルディスプレイ。69. The method according to claim 69, wherein the mass of carbon nanotubes comprises: preparing a MEMS substrate for growing a pattern of carbon nanotubes; Making in a layer, wherein the placement determines the position of the pattern of carbon nanotubes on the MEMS substrate; placing a nanotube catalyst in the nanosized catalyst holding structure; and 69. The flat panel display of claim 68, formed by: synthesizing a pattern of carbon nanotubes within the catalyst holding structure. 【請求項７０】 以下の工程： 前記ＭＥＭＳ基板から前記第一の層を除去して、前記ナノチューブを露出して
、ここで該第一の層が犠牲層である、工程、 をさらに包含する、請求項６９に記載のフラットパネルディスプレイ。70. The method of claim 70, further comprising: removing the first layer from the MEMS substrate to expose the nanotubes, wherein the first layer is a sacrificial layer. 70. A flat panel display according to claim 69. 【請求項７１】 前記ナノサイズ触媒保持構造が、制御された配置、方向、
形状、直径、および深さを有する、請求項６９に記載のフラットパネルディスプ
レイ。71. The nano-sized catalyst holding structure has a controlled location, orientation,
70. The flat panel display of claim 69, having a shape, a diameter, and a depth. 【請求項７２】 前記ナノサイズ触媒保持構造が、前記カーボンナノチュー
ブのパターンの配置、方向、形状、直径、および長さを制御するためのテンプレ
ートとして作用する、請求項６９に記載のフラットパネルディスプレイ。72. The flat panel display of claim 69, wherein said nano-sized catalyst holding structure acts as a template for controlling the arrangement, direction, shape, diameter, and length of the pattern of carbon nanotubes. 【請求項７３】 ナノサイズ触媒保持構造を前記ＭＥＭＳ基板上の所定の配
置において作製する工程が、電気化学的工程、光電気化学エッチング工程、電気
化学エッチング工程、機械的工程、電子線工程、イオンビーム工程、およびリソ
グラフィー工程からなる群から選択される工程であり、該リソグラフィー工程が
、ｘ線リソグラフィー、深ＵＶリソグラフィー、走査プローブリソグラフィー、
電子線リソグラフィー、イオンビームリソグラフィー、および光リソグラフィー
、からなる群から選択された工程である、請求項６９に記載のフラットパネルデ
ィスプレイ。73. A step of forming the nano-sized catalyst holding structure in a predetermined arrangement on the MEMS substrate includes an electrochemical step, a photoelectrochemical etching step, an electrochemical etching step, a mechanical step, an electron beam step, and an ion beam. A beam process, and a process selected from the group consisting of a lithography process, wherein the lithography process includes x-ray lithography, deep UV lithography, scanning probe lithography,
70. The flat panel display of claim 69, wherein the flat panel display is a process selected from the group consisting of electron beam lithography, ion beam lithography, and optical lithography. 【請求項７４】 前記ナノチューブ触媒を前記ナノサイズ触媒保持構造内に
配置する工程が、化学析出、電気酸化、電気めっき、スパッタリング、物理蒸着
、および化学蒸着からなる群から選択された工程を使用して、該ナノチューブ触
媒を析出する、請求項６９に記載のフラットパネルディスプレイ。74. The step of disposing the nanotube catalyst in the nanosized catalyst holding structure uses a step selected from the group consisting of chemical deposition, electro-oxidation, electroplating, sputtering, physical vapor deposition, and chemical vapor deposition. 70. The flat panel display according to claim 69, wherein the nanotube catalyst is deposited. 【請求項７５】 前記ナノチューブを前記ナノサイズ触媒保持構造内で合成
する工程が、ハイドロカーバイドの熱析出を包含する、請求項６９に記載のフラ
ットパネルディスプレイ。75. The flat panel display of claim 69, wherein the step of synthesizing the nanotubes within the nano-sized catalyst holding structure comprises thermal deposition of a hydrocarbide. 【請求項７６】 前記ナノチューブを前記ナノサイズ触媒保持構造内で合成
する工程が、化学蒸着工程を包含し、ここで該化学蒸着工程の反応時間が操作さ
れて、前記カーボンナノチューブのパターンの長さを制御する、請求項６９に記
載のフラットパネルディスプレイ。76. The step of synthesizing the nanotubes in the nanosized catalyst holding structure comprises a chemical vapor deposition step, wherein the reaction time of the chemical vapor deposition step is manipulated to determine the length of the carbon nanotube pattern. 70. The flat panel display of claim 69, which controls 【請求項７７】 前記ナノチューブを前記ナノサイズ触媒保持構造内で合成
する工程が、化学蒸着工程を包含し、ここで該化学蒸着工程のプロセスパラメー
タが操作されて、前記カーボンナノチューブのパターンの壁厚を制御する、請求
項６９に記載のフラットパネルディスプレイ。77. The step of synthesizing the nanotubes within the nanosized catalyst holding structure comprises a chemical vapor deposition step, wherein process parameters of the chemical vapor deposition step are manipulated to provide a wall thickness of the carbon nanotube pattern. 70. The flat panel display of claim 69, which controls 【請求項７８】 前記カーボンナノチューブのパターンを精製する工程をさ
らに包含する、請求項６９に記載のフラットパネルディスプレイ。78. The flat panel display according to claim 69, further comprising a step of refining the pattern of the carbon nanotubes. 【請求項７９】 以下の工程： 少なくとも１つの追加の層を、前記ＭＥＭＳ基板上の所定の配置において析出
する工程； 第二のナノサイズ触媒保持構造を、該ＭＥＭＳ基板上の所定の配置において、
前記少なくとも１つの第二の犠牲層内に作製する工程； 該ナノチューブ触媒を該第二のナノサイズ触媒保持構造内に析出する工程；お
よび、 第二のパターンのカーボンナノチューブを該第二のナノサイズ触媒保持構造内
で成長させる工程、 をさらに包含する、請求項６９に記載のフラットパネルディスプレイ。79. Depositing at least one additional layer in a predetermined configuration on the MEMS substrate; and forming a second nanosized catalyst holding structure in a predetermined configuration on the MEMS substrate,
Forming in the at least one second sacrificial layer; depositing the nanotube catalyst in the second nanosize catalyst holding structure; and depositing a second pattern of carbon nanotubes in the second nanosize. 70. The flat panel display of claim 69, further comprising: growing in a catalyst holding structure. 【請求項８０】 以下の工程： 前記少なくとも１つの追加の層を前記ＭＥＭＳ基板から除去して、前記ナノチ
ューブを露出する工程であって、ここで該第二の層が犠牲層である、工程、 をさらに包含する、請求項１に記載の方法。80. The following steps: removing the at least one additional layer from the MEMS substrate to expose the nanotubes, wherein the second layer is a sacrificial layer. The method of claim 1, further comprising: 【請求項８１】 前記第一の層が、２つの異なる層、頂部層、および底部層
のテンプレートを備え、ここで該頂部層および該底部層が、エッチャントへの異
なる選択性を有し、ここで前記少なくとも１つのナノチューブの被覆を外す工程
が、異なる選択性のために自己制御的であり、前記少なくとも１つのカーボンナ
ノチューブを合成する工程が、前記ナノサイズ触媒保持構造の壁の粒度により成
されるれる、請求項１に記載の方法。81. The first layer comprises a template of two different layers, a top layer and a bottom layer, wherein the top layer and the bottom layer have different selectivity to an etchant, The step of uncoating the at least one nanotube is self-regulating for different selectivities, and the step of synthesizing the at least one carbon nanotube is performed by a particle size of a wall of the nanosized catalyst holding structure. The method of claim 1, wherein: